遍历聚合对象中的元素——迭代器模式（五）

5 JDK内置迭代器

为了让开发人员能够更加方便地操作聚合对象，在Java、C#等编程语言中都提供了内置迭代器。在Java集合框架中，常用的List和Set等聚合类都继承（或实现）了java.util.Collection接口，在Collection接口中声明了如下方法（部分）：

package java.util;  

public interface Collection<E> extends Iterable<E> {  
    ……  
boolean add(Object c);  
boolean addAll(Collection c);  
boolean remove(Object o);  
boolean removeAll(Collection c);  
boolean remainAll(Collection c);   
Iterator iterator();  
……  
}

除了包含一些增加元素和删除元素的方法外，还提供了一个iterator()方法，用于返回一个Iterator迭代器对象，以便遍历聚合中的元素；具体的Java聚合类可以通过实现该iterator()方法返回一个具体的Iterator对象。

JDK中定义了抽象迭代器接口Iterator，代码如下所示：

package java.util;  

public interface Iterator<E> {  
boolean hasNext();  
E next();  
void remove();  
}

其中，hasNext()用于判断聚合对象中是否还存在下一个元素，为了不抛出异常，在每次调用next()之前需先调用hasNext()，如果有可供访问的元素，则返回true；next()方法用于将游标移至下一个元素，通过它可以逐个访问聚合中的元素，它返回游标所越过的那个元素的引用；remove()方法用于删除上次调用next()时所返回的元素。

Java迭代器工作原理如图5所示，在第一个next()方法被调用时，迭代器游标由“元素1”与“元素2”之间移至“元素2”与“元素3”之间，跨越了“元素2”，因此next()方法将返回对“元素2”的引用；在第二个next()方法被调用时，迭代器由“元素2”与“元素3”之间移至“元素3”和“元素4”之间，next()方法将返回对“元素3”的引用，如果此时调用remove()方法，即可将“元素3”删除。

图5 Java迭代器示意图

如下代码片段可用于删除聚合对象中的第一个元素：

Iterator iterator = collection.iterator();   //collection是已实例化的聚合对象  
iterator.next();        // 跳过第一个元素  
iterator.remove();  // 删除第一个元素

需要注意的是，在这里，next()方法与remove()方法的调用是相互关联的。如果调用remove()之前，没有先对next()进行调用，那么将会抛出一个IllegalStateException异常，因为没有任何可供删除的元素。如下代码片段可用于删除两个相邻的元素：

iterator.remove();  
iterator.next();  //如果删除此行代码程序将抛异常  
iterator.remove();

在上面的代码片段中如果将代码iterator.next();去掉则程序运行抛异常，因为第二次删除时将找不到可供删除的元素。

在JDK中，Collection接口和Iterator接口充当了迭代器模式的抽象层，分别对应于抽象聚合类和抽象迭代器，而Collection接口的子类充当了具体聚合类，下面以List为例加以说明，图6列出了JDK中部分与List有关的类及它们之间的关系：

图6 Java集合框架中部分类结构图

（注：为了简化类图，本图省略了大量方法）

在JDK中，实际情况比图6要复杂很多，在图6中，List接口除了继承Collection接口的iterator()方法外，还增加了新的工厂方法listIterator()，专门用于创建ListIterator类型的迭代器，在List的子类LinkedList中实现了该方法，可用于创建具体的ListIterator子类ListItr的对象，代码如下所示：

public ListIterator<E> listIterator(int index) {  
return new ListItr(index);  
}  

listIterator()方法用于返回具体迭代器ListItr类型的对象。在JDK源码中，AbstractList中的iterator()方法调用了listIterator()方法，如下代码所示：

public Iterator iterator() {
return listIterator();
}


客户端通过调用LinkedList类的iterator()方法，即可得到一个专门用于遍历LinkedList的迭代器对象。

大家可能会问？既然有了iterator()方法，为什么还要提供一个listIterator()方法呢？这两个方法的功能不会存在重复吗？干嘛要多此一举？

这是一个好问题。我给大家简单解释一下为什么要这样设计：由于在Iterator接口中定义的方法太少，只有三个，通过这三个方法只能实现正向遍历，而有时候我们需要对一个聚合对象进行逆向遍历等操作，因此在JDK的ListIterator接口中声明了用于逆向遍历的hasPrevious()和previous()等方法，如果客户端需要调用这两个方法来实现逆向遍历，就不能再使用iterator()方法来创建迭代器了，因为此时创建的迭代器对象是不具有这两个方法的。我们只能通过如下代码来创建ListIterator类型的迭代器对象：

ListIterator i = c.listIterator();


正因为如此，在JDK的List接口中不得不增加对listIterator()方法的声明，该方法可以返回一个ListIterator类型的迭代器，ListIterator迭代器具有更加强大的功能。

思考

为什么使用iterator()方法创建的迭代器无法实现逆向遍历？

在Java语言中，我们可以直接使用JDK内置的迭代器来遍历聚合对象中的元素，下面的代码演示了如何使用Java内置的迭代器：

import java.util.*;

class IteratorDemo {
public static void process(Collection c) {
Iterator i = c.iterator(); //创建迭代器对象

    //通过迭代器遍历聚合对象  
    while(i.hasNext()) {  
        System.out.println(i.next().toString());  
    }

}

public static void main(String args[]) {  
    Collection persons;

persons = new ArrayList(); //创建一个ArrayList类型的聚合对象
persons.add("张无忌");
persons.add("小龙女");
persons.add("令狐冲");
persons.add("韦小宝");
persons.add("袁紫衣");
persons.add("小龙女");

    process(persons);  
}

}


在静态方法process()中使用迭代器Iterator对Collection对象进行处理，该代码运行结果如下：

张无忌小龙女令狐冲韦小宝袁紫衣小龙女


如果需要更换聚合类型，如将List改成Set，则只需更换具体聚合类类名，如将上述代码中的ArrayList改为HashSet，则输出结果如下：

令狐冲张无忌韦小宝小龙女袁紫衣



在HashSet中合并了重复元素，并且元素以随机次序输出，其结果与使用ArrayList不相同。由此可见，通过使用迭代器模式，使得更换具体聚合类变得非常方便，而且还可以根据需要增加新的聚合类，新的聚合类只需要实现Collection接口，无须修改原有类库代码，符合“开闭原则”。


练习

> 在Sunny软件公司开发的某教务管理系统中，一个班级(Class in    School)包含多个学生(Student)，使用Java内置迭代器实现对学生信息的遍历，要求按学生年龄由大到小的次序输出学生信息。