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使用Iterator

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Java的集合类都可以使用for each循环,ListSetQueue会迭代每个元素,Map会迭代每个key。以List为例:

List<String> list = List.of("Apple", "Orange", "Pear");
for (String s : list) {
    System.out.println(s);
}

实际上,Java编译器并不知道如何遍历List。上述代码能够编译通过,只是因为编译器把for each循环通过Iterator改写为了普通的for循环:

for (Iterator<String> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {
     String s = it.next();
     System.out.println(s);
}

我们把这种通过Iterator对象遍历集合的模式称为迭代器。

使用迭代器的好处在于,调用方总是以统一的方式遍历各种集合类型,而不必关系它们内部的存储结构。

例如,我们虽然知道ArrayList在内部是以数组形式存储元素,并且,它还提供了get(int)方法。虽然我们可以用for循环遍历:

for (int i=0; i<list.size(); i++) {
    Object value = list.get(i);
}

但是这样一来,调用方就必须知道集合的内部存储结构。并且,如果把ArrayList换成LinkedListget(int)方法耗时会随着index的增加而增加。如果把ArrayList换成Set,上述代码就无法编译,因为Set内部没有索引。

Iterator遍历就没有上述问题,因为Iterator对象是集合对象自己在内部创建的,它自己知道如何高效遍历内部的数据集合,调用方则获得了统一的代码,编译器才能把标准的for each循环自动转换为Iterator遍历。

如果我们自己编写了一个集合类,想要使用for each循环,只需满足以下条件:

  • 集合类实现Iterable接口,该接口要求返回一个Iterator对象;
  • Iterator对象迭代集合内部数据。

这里的关键在于,集合类通过调用iterator()方法,返回一个Iterator对象,这个对象必须自己知道如何遍历该集合。

一个简单的Iterator示例如下,它总是以倒序遍历集合:

// Iterator
----
import java.util.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ReverseList<String> rlist = new ReverseList<>();
        rlist.add("Apple");
        rlist.add("Orange");
        rlist.add("Pear");
        for (String s : rlist) {
            System.out.println(s);
        }
    }
}

class ReverseList<T> implements Iterable<T> {

    List<T> list = new ArrayList<>();

    public void add(T t) {
        list.add(t);
    }

    @Override
    public Iterator<T> iterator() {
        return new ReverseIterator(list.size());
    }

    class ReverseIterator implements Iterator<T> {
        int index;

        ReverseIterator(int index) {
            this.index = index;
        }

        @Override
        public boolean hasNext() {
            return index > 0;
        }

        @Override
        public T next() {
            index--;
            return ReverseList.this.list.get(index);
        }
    }
}

虽然ReverseListReverseIterator的实现类稍微比较复杂,但是,注意到这是底层集合库,只需编写一次。而调用方则完全按for each循环编写代码,根本不需要知道集合内部的存储逻辑和遍历逻辑。

在编写Iterator的时候,我们通常可以用一个内部类来实现Iterator接口,这个内部类可以直接访问对应的外部类的所有字段和方法。例如,上述代码中,内部类ReverseIterator可以用ReverseList.this获得当前外部类的this引用,然后,通过这个this引用就可以访问ReverseList的所有字段和方法。

小结

Iterator是一种抽象的数据访问模型。使用Iterator模式进行迭代的好处有:

  • 对任何集合都采用同一种访问模型;
  • 调用者对集合内部结构一无所知;
  • 集合类返回的Iterator对象知道如何迭代。

Java提供了标准的迭代器模型,即集合类实现java.util.Iterable接口,返回java.util.Iterator实例。


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