【Python笔记-设计模式】迭代器模式

news2025/1/31 11:16:59

一、说明

迭代器模式是一种行为设计模式，让你能在不暴露集合底层表现形式（列表、栈和树等）的情况下遍历集合中所有的元素。

(一) 解决问题

遍历聚合对象中的元素，而不需要暴露该对象的内部表示

(二) 使用场景

需要对聚合对象中元素进行遍历，并且不想暴露其内部结构
减少程序中重复的遍历代码时
能够遍历不同的甚至是无法预知的数据结构时

二、结构

迭代器（Iterator）接口声明了遍历集合所需的操作：获取下一个元素、获取当前位置和重新开始迭代等。
具体迭代器（ConcreteIterators）实现遍历集合的一种特定算法。迭代器对象必须跟踪自身遍历的进度。这使得多个迭代器可以相互独立地遍历同一集合。
集合（Collection）接口声明一个或多个方法来获取与集合兼容的迭代器。请注意，返回方法的类型必须被声明为迭代器接口，因此具体集合可以返回各种不同种类的迭代器。
具体集合（ConcreteCollections）会在客户端请求迭代器时返回一个特定的具体迭代器类实体。你可能会琢磨，剩下的集合代码在什么地方呢？不用担心，它也会在同一个类中。只是这些细节对于实际模式来说并不重要，所以我们将其省略了而已。
客户端（Client）通过集合和迭代器的接口与两者进行交互。这样一来客户端无需与具体类进行耦合，允许同一客户端代码使用各种不同的集合和迭代器。客户端通常不会自行创建迭代器，而是会从集合中获取。但在特定情况下，客户端可以直接创建一个迭代器（例如当客户端需要自定义特殊迭代器时）。

三、伪代码

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: UTF-8 -*-
__doc__ = """
迭代器模式

例：迭代树结构对象
"""

from collections.abc import Iterable, Iterator


class TreeNode:
    """树节点类"""

    def __init__(self, value):
        self.value = value
        self.children = []

    def add_child(self, child):
        self.children.append(child)

    def __str__(self, level=0):
        indent = " " * level
        result = f"{indent}{self.value}\n"
        for child in self.children:
            result += child.__str__(level + 4)
        return result


class Tree(Iterable):
    """聚合对象"""

    def __init__(self, root):
        self.root = root

    def __iter__(self) -> Iterator:
        return TreeIterator(self.root)


class TreeIterator(Iterator):
    """迭代器"""

    def __init__(self, node):
        self.stack = [node]

    def __next__(self):
        if not self.stack:
            raise StopIteration

        node = self.stack.pop()
        self.stack.extend(reversed(node.children))
        return node.value


if __name__ == "__main__":
    """
        A
        B
        D
        E
        C
        F
    """
    # 构建树形结构
    root = TreeNode("A")
    b = TreeNode("B")
    c = TreeNode("C")
    d = TreeNode("D")
    e = TreeNode("E")
    f = TreeNode("F")

    root.add_child(b)
    root.add_child(c)
    b.add_child(d)
    b.add_child(e)
    c.add_child(f)

    # 遍历树形结构
    tree = Tree(root)
    for value in tree:
        print(value)