C++ 設計模式：迭代器模式詳解與 STL 風格實現

模式定義

迭代器模式：提供一種方法順序訪問聚合對象中的各個元素，而無需暴露該對象的內部表示。

核心角色

• Iterator：定義訪問和遍歷元素的接口（first(), next(), currentItem(), isDone()）。
• ConcreteIterator：實現接口，維護當前遍歷位置。
• Aggregate：定義創建迭代器的接口 createIterator()。
• ConcreteAggregate：實現創建具體迭代器，並提供內部數據訪問（如 operator[], getLen()）。

內部 vs 外部迭代器

• 內部迭代器：遍歷邏輯封裝在聚合對象內部（如 forEach(callback)），耦合緊密，難以並發遍歷。
• 外部迭代器：迭代器為獨立對象，客戶代碼控制遍歷流程，支持多個迭代器同時遍歷同一聚合，推薦使用。

STL 風格 C++ 實現

template 
class Iterator {
public:
    virtual void first() = 0;
    virtual void next() = 0;
    virtual Item* currentItem() = 0;
    virtual bool isDone() = 0;
    virtual ~Iterator() {}
};

template 
class ConcreteAggregate;

template 
class ConcreteIterator : public Iterator {
    ConcreteAggregate* aggr;
    int cur;
public:
    ConcreteIterator(ConcreteAggregate* a) : aggr(a), cur(0) {}
    void first() override { cur = 0; }
    void next() override { if (cur < aggr->getLen()) cur++; }
    Item* currentItem() override { return (cur < aggr->getLen()) ? &(*aggr)[cur] : nullptr; }
    bool isDone() override { return cur >= aggr->getLen(); }
};

template 
class Aggregate {
public:
    virtual Iterator* createIterator() = 0;
    virtual ~Aggregate() {}
};

template 
class ConcreteAggregate : public Aggregate {
    vector data;
public:
    ConcreteAggregate() { data = {1, 2, 3}; }
    Iterator* createIterator() override { return new ConcreteIterator(this); }
    Item& operator[](int index) { return data[index]; }
    int getLen() { return data.size(); }
};

// 使用
Aggregate* aggr = new ConcreteAggregate();
Iterator* it = aggr->createIterator();
for (it->first(); !it->isDone(); it->next())
    cout << *(it->currentItem()) << endl;

優勢

• 分離遍歷邏輯與聚合結構，符合單一職責原則。
• 支持多種遍歷策略（正序、逆序、過濾等）通過不同迭代器實現。
• 不暴露內部數據結構（數組、鏈表、樹等）。