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2006.7.12 李建忠

集合內部結構與外部訪問

動機（Motivation）

在軟件構建過程中，集合對象內部結構常常變化各異。但對于這些集合對象，我們希望在不暴露其內部結構的同時，可以讓外部客戶代碼透明地訪問其中包含的元素；同時這種“透明遍歷”也為“同一種算法在多種集合對象上進行操作”提供了可能。

使用面向對象技術將這種遍歷機制抽象為“迭代器對象”為“應對變化中的集合對象”提供了一種優雅的方式。

意圖（Intent）

提供一種方法順序訪問一個聚合對象中的各個元素，而又不暴露該對象的內部表示。

——《設計模式》GoF

例說Iterator應用

下面是迭代器所擁有的最小集合，Current是屬性，只能Get不能Set。還有兩個方法：MoveNext是往下一個元素走，如果訪問到最后一個元素之后沒有元素了，就返回False；Reset是復位，回到初始位置。

如果有一個容器實現了IEnumerable接口，它就可以支持我們的迭代操作了。

這種設計模式已經內化為C#語言的一種元素了，就是Foreach關鍵字。

我們定義的容器首先要實現IEnumerable接口，實現的GetEnumerator方法要返回一個IEnumerator的類型的集合。

Foreach的工作機制

遍歷代碼中訪問的全部是接口，而不用關心集合的內部結構。上面的代碼等同于下面的Foreach。

MyEnumerator集合類可以寫成private私有的，外部不可以訪問，只暴露接口給外部訪問。

結構（Structure）

Aggregate表示集合結構接口，對應例子中的IEnumerable，Iterator表示迭代器接口，對應IEnumerator。First()方法對應Reset()，Next()和IsDone對應MoveNext()，CurrentItem()對應Current屬性。Aggregate和Iterator的具體實現都只依賴于接口，而不依賴于具體實現，這樣就把兩者之間的耦合降低到最小。

Iterator模式的幾個要點

迭代抽象：訪問一個聚合對象的內容而無需暴露它的內部表示。

迭代多態：為遍歷不同的集合結構提供一個統一的接口，從而支持同樣的算法在不同的集合結構上進行操作。

例如假設我們有一個求和算法

它可以操作在多個支持迭代器的集合上，如果把這個算法寫成ArrayList的話，就會非常受限制。同時我們更可以用C#的Foreach語句來寫。

我們的算法應該是獨立的，寫的時候應該盡量操作接口，這樣我們寫好一個算法，就能應對N種集合的變化，使得同樣的算法能在不同的集合上操作。

迭代器的健壯性考慮：遍歷的同時更改迭代器所在的集合結構，會導致問題。

也就是說，我們在迭代的時候，應該只是讀取操作，不能更改容器的接口，例如遍歷的時候刪除一個元素，這樣是不可以的。容器的結構師絕對不能碰的，一旦結構更改，遍歷就會出問題。

下面這種情況對i進行更改，是不會影響原來的數組內容的，因為i是int類型，它只是一份拷貝。

我們一定要給用戶提供盡量純只讀的迭代。保證每個元素被且只被遍歷一次。

.NET 2.0中的Iterator

yield return關鍵字能夠支持迭代的簡化，動態生成迭代的類型。如果反編譯的話，能看見.NET內部能夠幫助我們構造一個之前我們寫的類，實現相應方法。雖然實現層面有所不同，但還是遵循了整體的迭代器定義的接口。能夠支持迭代的。

目前我們討論的迭代器游標都是往前走的，但我們也可以擴充方法，讓游標可以往回走，也可以設定游標的步長等等。

2010.10.17

MSDN 網絡廣播 李建忠 2013-08-22 08:51:09