概述
在面向對象的軟件設計中，我們經常會遇到一類集合對象，這類集合對象的內部結構可能有著各種各樣的實現，但是歸結起來，無非有兩點是需要我們去關心的：一是集合內部的數據存儲結構，二是遍歷集合內部的數據。面向對象設計原則中有一條是類的單一職責原則，所以我們要盡可能的去分解這些職責，用不同的類去承擔不同的職責。Iterator模式就是分離了集合對象的遍歷行為，抽象出一個迭代器類來負責，這樣既可以做到不暴露集合的內部結構，又可讓外部代碼透明的訪問集合內部的數據。
意圖
提供一種方法順序訪問一個聚合對象中各個元素, 而又不需暴露該對象的內部表示。[GOF 《設計模式》]
結構圖
Iterator模式結構圖如下：
圖1 Iterator模式結構圖
生活中的例子
迭代器提供一種方法順序訪問一個集合對象中各個元素，而又不需要暴露該對象的內部表示。在早期的電視機中，一個撥盤用來改變頻道。當改變頻道時，需要手工轉動撥盤移過每一個頻道，而不論這個頻道是否有信號。現在的電視機，使用[後一個]和[前一個]按鈕。當按下[後一個]按鈕時，將切換到下一個預置的頻道。想象一下在陌生的城市中的旅店中看電視。當改變頻道時，重要的不是幾頻道，而是節目內容。如果對一個頻道的節目不感興趣，那麼可以換下一個頻道，而不需要知道它是幾頻道。
圖2 使用選頻器做例子的Iterator模式對象圖
Iterator模式解說
在面向對象的軟件設計中，我們經常會遇到一類集合對象，這類集合對象的內部結構可能有著各種各樣的實現，但是歸結起來，無非有兩點是需要我們去關心的：一是集合內部的數據存儲結構，二是遍歷集合內部的數據。面向對象設計原則中有一條是類的單一職責原則，所以我們要盡可能的去分解這些職責，用不同的類去承擔不同的職責。Iterator模式就是分離了集合對象的遍歷行為，抽象出一個迭代器類來負責，這樣既可以做到不暴露集合的內部結構，又可讓外部代碼透明的訪問集合內部的數據。下面看一個簡單的示意性例子，類結構圖如下：
圖3 示例代碼結構圖
首先有一個抽象的聚集，所謂的聚集就是就是數據的集合，可以循環去訪問它。它只有一個方法GetIterator()讓子類去實現，用來獲得一個迭代器對象。
/**//// <summary>
/// 抽象聚集
/// </summary>
public interface IList
{
IIterator GetIterator();
}
抽象的迭代器，它是用來訪問聚集的類，封裝了一些方法，用來把聚集中的數據按順序讀取出來。通常會有MoveNext()、CurrentItem()、Fisrt()、Next()等幾個方法讓子類去實現。
/**//// <summary>
/// 抽象迭代器
/// </summary>
public interface IIterator
{
bool MoveNext();
Object CurrentItem();
void First();
void Next();
}
具體的聚集，它實現了抽象聚集中的唯一的方法，同時在裡面保存了一組數據，這裡我們加上Length屬性和GetElement()方法是為了便於訪問聚集中的數據。
/**//// <summary>
/// 具體聚集
/// </summary>
public class ConcreteList : IList
{
int[] list;
public ConcreteList()
{
list = new int[] { 1,2,3,4,5};
}
public IIterator GetIterator()
{
return new ConcreteIterator(this);
}
public int Length
{
get { return list.Length; }
}
public int GetElement(int index)
{
return list[index];
}
}
具體迭代器，實現了抽象迭代器中的四個方法，在它的構造函數中需要接受一個具體聚集類型的參數，在這裡面我們可以根據實際的情況去編寫不同的迭代方式。
/**//// <summary>
/// 具體迭代器
/// </summary>
public class ConcreteIterator : IIterator
{
private ConcreteList list;
private int index;
public ConcreteIterator(ConcreteList list)
{
this.list = list;
index = 0;
}
public bool MoveNext()
{
if (index < list.Length)
return true;
else
return false;
}
public Object CurrentItem()
{
return list.GetElement(index) ;
}
public void First()
{
index = 0;
}
public void Next()
{
if (index < list.Length)
{
index++;
}
}
}
簡單的客戶端程序調用：
/**//// <summary>
/// 客戶端程序
/// </summary>
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
IIterator iterator;
IList list = new ConcreteList();
iterator = list.GetIterator();
while (iterator.MoveNext())
{
int i = (int)iterator.CurrentItem();
Console.WriteLine(i.ToString());
iterator.Next();
}
Console.Read();
}
}
一個簡單的迭代器示例就結束了，這裡我們並沒有利用任何的.NET特性，在C#中，實現Iterator模式已經不需要這麼麻煩了，已經C#語言本身就有一些特定的實現，下面會說到。
.NET中的Iterator模式
在.NET下實現Iterator模式，對於聚集接口和迭代器接口已經存在了，其中IEnumerator扮演的就是迭代器的角色，它的實現如下：
public interface IEumerator
{
object Current
{
get;
}
bool MoveNext();
void Reset();
}
屬性Current返回當前集合中的元素，Reset()方法恢復初始化指向的位置，MoveNext()方法返回值true表示迭代器成功前進到集合中的下一個元素，返回值false表示已經位於集合的末尾。能夠提供元素遍歷的集合對象，在.Net中都實現了IEnumerator接口。
IEnumerable則扮演的就是抽象聚集的角色，只有一個GetEnumerator()方法，如果集合對象需要具備跌代遍歷的功能，就必須實現該接口。
public interface IEnumerable
{
IEumerator GetEnumerator();
}
下面看一個在.NET1.1下的迭代器例子，Person類是一個可枚舉的類。PersonsEnumerator類是一個枚舉器類。這個例子來自於http://www.theserverside.net/，被我簡單的改造了一下。
public class Persons : IEnumerable
{
public string[] m_Names;
public Persons(params string[] Names)
{
m_Names = new string[Names.Length];
Names.CopyTo(m_Names,0);
}
private string this[int index]
{
get
{
return m_Names[index];
}
set
{
m_Names[index] = value;
}
}
public IEnumerator GetEnumerator()
{
return new PersonsEnumerator(this);
}
}
public class PersonsEnumerator : IEnumerator
{
private int index = -1;
private Persons P;
public PersonsEnumerator(Persons P)
{
this.P = P;
}
public bool MoveNext()
{
index++;
return index < P.m_Names.Length;
}
public void Reset()
{
index = -1;
}
public object Current
{
get
{
return P.m_Names[index];
}
}
}
來看客戶端代碼的調用：
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Persons arrPersons = new Persons("Michel","Christine","Mathieu","Julien");
foreach (string s in arrPersons)
{
Console.WriteLine(s);
}
Console.ReadLine();
}
}
程序將輸出：
Michel
Christine
Mathieu
Julien
現在我們分析編譯器在執行foreach語句時到底做了什麼，它執行的代碼大致如下：
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Persons arrPersons = new Persons("Michel","Christine","Mathieu","Julien");
IEnumerator e = arrPersons.GetEnumerator();
while (e.MoveNext())
{
Console.WriteLine((string)e.Current);
}
Console.ReadLine();
}
}
可以看到這段代碼跟我們最前面提到的示例代碼非常的相似。同時在這個例子中，我們把大部分的精力都花在了實現迭代器和可迭代的類上面，在.NET2.0下面，由於有了yield return關鍵字，實現起來將更加的簡單優雅。下面我們把剛才的例子在2.0下重新實現一遍：
public class Persons : IEnumerable
{
string[] m_Names;
public Persons(params string[] Names)
{
m_Names = new string[Names.Length];
Names.CopyTo(m_Names,0);
}
public IEnumerator GetEnumerator()
{
foreach (string s in m_Names)
{
yield return s;
}
}
}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Persons arrPersons = new Persons("Michel","Christine","Mathieu","Julien");
foreach (string s in arrPersons)
{
Console.WriteLine(s);
}
Console.ReadLine();
}
}
程序將輸出：
Michel
Christine
Mathieu
Julien
實現相同的功能，由於有了yield return關鍵字，變得非常的簡單。好了，關於.NET中的Iterator模式就說這麼多了，更詳細的內容大家可以參考相關的資料。
效果及實現要點
1．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。
2．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。
3．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。
適用性
1．訪問一個聚合對象的內容而無需暴露它的內部表示。
2．支持對聚合對象的多種遍歷。
3．為遍歷不同的聚合結構提供一個統一的接口(即, 支持多態迭代)。
總結
Iterator模式就是分離了集合對象的遍歷行為，抽象出一個迭代器類來負責，這樣既可以做到不暴露集合的內部結構，又可讓外部代碼透明的訪問集合內部的數據。
