Head First 设计模式之第九章——迭代器模式与组合模式

迭代器模式

概念

对于一些容器类型，如C++中的list、vector等等，很多时候需要对这些容器中的元素进行历遍操作。此时使用迭代器模式就非常方便了。迭代器模式主要是用于将历遍过程封装起来，并提供一个通用的接口，不管是何种类型的容器，都可以用相同的接口来进行历遍操作，从而将用户与具体的容器类型解耦出来。其类图如下所示：

迭代器模式的定义为：迭代器提供了一种方法访问一个容器对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。

其中，Iterator为迭代器接口，其定义了一个迭代器对外能提供的接口，针对具体的容器类（如vector或list等）而实现具体迭代器类ConcreteIterator，从而实现对该容器类的历遍行为。此处的迭代器提供三个接口：

1. hasNext()：是否还有下一个元素；
2. next()：获取下一个元素；
3. remove()：删除当前的元素。

而Aggregate是一个关于容器类型的接口，其提供了createIterator()接口，用于将具体容器所对应的具体迭代器返回给调用者，以供调用者进行历遍。Client为最终的用户，它需要对容器进行历遍操作，但它仅仅是依赖容器接口Aggregate与迭代器接口Iterator。将具体的容器对象以Aggregate接口的类型传入到Client中，然后使用createIterator获取具体容器的迭代器对象，然后使用迭代器的接口进行历遍即可。

应用

在Head First一书中，它使用了一个女服务员（Waitress）打印菜单的例子来讲解迭代器模式。具体的场景如下：煎饼店与一个餐厅进行合并，但两家店的菜单的实现是不相同的，所以女服务员在打印菜单时，都需要为每种菜单重复实现一次历遍行为，十分的不优雅，这也不符合“只依赖抽象而不依赖具体”的面向对象设计原则，所以使用迭代器模式对其进行改进。书中是用Java来实现的，此处就我用C++来实现了。类图如下：

合并后的餐厅中两种菜单，分别为PancakeHouseMenu与DinerMenu，他们都实现了菜单接口IMenu，但他们的菜单项不是用相同的容器来存放的，一个使用vector，而另一个则使用array，所以Waitress每次打印菜单时都要对这个容器进行分别历遍。为了方便Waitress打印菜单，此处使用了迭代器模式，创建迭代器接口IMenuIterator，其定义了如下接口：

1. first()：将当前元素的索引设置为0，即将迭代器所指的元素指向容器中的第一个元素，这是用于在历遍之前，设置了迭代器的索引的位置，方便从头到尾历遍容器中的元素；
2. hasNext()：是否有下一个元素，返回true则表示有，如果为false则表示无；
3. next()：获取下一个元素。

分别为每个具体的菜单类创建对应的具体迭代器类，当调用菜单中的createIterator()方法时，就会返回迭代器接口的智能指针，使用这个指针即可以非常方便地历遍容器中的元素。

具体的代码实现见链接：https://gitee.com/sujiewen/design-pattern-learning/tree/master/ch9-1

最后

现在很多容器类型都会自带迭代器，如C++ STL中的vector、map等等的容器，他们全部都都带有迭代器，直接使用就可以了，所以在实际应用中，需要自己手动写迭代器的情况是非常少的，从而导致在迭代器在现实中使用不多。

组合模式

概念

组合模式也叫合成模式，有时又叫整体-部分模式，主要是用来描述整体与部分的关系，特别是用树形结构来组织各个元素的关系时，那组合模式就是实现这目的的不二之选。组合模式的定义为：“将对象组合成树状结构以表示‘部分-整体’的层次结构，使得用户对单个对象与组合对象的使用具有一致性”。

组合模式的通用类图如上图所示，Component是一个基类，其定义了叶子类leaf与组件类Composite的共同接口，而Leaf类为树状层级结构中的最小元素，其下没有子分支，Composite类是组件类，其下有子分支或者是Leaf对象。由Leaf类与Composite类对象可以组成树状层级结构,但树中每个节点的类型都是他们的基类Component，每个节点都存放了Leaf或Composite类对象（多态）。如下图所示，用户类Client访问这个叶子或树状结构或子树结构时，是通过Compoent这个基类来统一访问的，这样可以让Client访问Leaf对象或Composite对象时，可以保持访问方式的一致性。这样做也符合面向设计中的“依赖抽象而不是依赖具体实现”的设计原则。

应用

在head first一书中，例举了“餐厅菜单“这个例子来说明组合模式的应用。餐厅菜单中，总菜单下有若干个子菜单，子菜单下又有子菜单与菜名，而服务员需要使用这个菜单，其中服务员要实现的功能是打印整个菜单（相当于历遍整个菜单）。

场景中的菜单是典型的树状层次结构，组合模式是解决这个问题的最佳选择。实现的类图如下图所示。Waitress是服务员类，它可以实现打印整个菜单的功能，Waitress依赖一个菜单部件类（MenuComponent），这个类中定义了菜单类Menu与菜单项类MenuItem（即菜名）的公共接口，Waitress通过这些接口，即可访问MenuItem与Menu对象的具体内容。Menu可以包含若干个MenuItem类对象，而MenuItem是组合模式中的Leaf。是整个树状结构的最小元素，它记录了每个菜品的具体信息。用MenuComponent类构建整个菜单树，树中每个节点具体指向了一个Leaf类或Composite类对象。通过MenuComponent这个基类，Client可以访问菜单树中所所有节点或子树。

这个例子的C++实现代码链接为：https://gitee.com/sujiewen/design-pattern-learning/tree/master/ch9-2

最后

如果对象是用树状层次结构来组合的话，那组合模式就是一个非常适合的模式了。