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C# 迭代器模式完全指南：統一遍歷介面與自定義迭代邏輯

編輯：關於C#

前言

在軟體開發中，集合類別（陣列、列表、樹、圖）內部結構各異，但客戶端常需以統一方式順序存取元素。若暴露集合內部結構（如索引、節點指標），會導致客戶端與集合緊耦合，且難以支援多種遍歷策略（正向、反向、跳躍、過濾）。迭代器模式提供標準解決方案：將遍歷邏輯從集合中分離，封裝於獨立的迭代器物件中，提供統一介面存取元素，且不暴露集合內部表示。本文透過可自定義步長的訊息集合遍歷完整展示迭代器模式實作。

模式結構與四大角色

Aggregate（抽象聚合）：ICollection，定義 CreateIterator() 工廠方法。
ConcreteAggregate（具體聚合）：Collection，實作 CreateIterator() 回傳專屬迭代器，內部以 List<MessageModel> 儲存資料，提供索引器與 Count 屬性供迭代器存取。
Iterator（抽象迭代器）：IIterator，定義遍歷協定：First()、Next()、CurrentMessageModel、IsDone、Step（步長）。
ConcreteIterator（具體迭代器）：Iterator，持有聚合參考與游標 _current，實作具體遍歷邏輯（含步長跳躍）。

核心程式碼機制深度解析

1. 抽象迭代器：定義遍歷協定

public interface IIterator
{
    MessageModel First();           // 移至第一個並回傳
    MessageModel Next();            // 移至下一個並回傳
    MessageModel CurrentMessageModel { get; } // 當前元素
    bool IsDone { get; }            // 是否遍歷結束
    int Step { get; set; }          // 步長（擴展點）
}

擴展 Step 屬性支援「跳躍遍歷」，展示迭代器封裝遍歷策略的靈活性。

2. 具體迭代器：游標管理與邏輯封裝

public class Iterator : IIterator
{
    private Collection _collection;
    private int _current = 0;
    private int _step = 1;

    public Iterator(Collection collection) { this._collection = collection; }

    public MessageModel First()
    {
        _current = 0;
        return _collection[_current];
    }

    public MessageModel Next()
    {
        _current += _step;
        if (!IsDone)
            return _collection[_current];
        return null;
    }

    public MessageModel CurrentMessageModel 
        => _collection[_current];

    public bool IsDone 
        => _current >= _collection.Count;

    public int Step { get => _step; set => _step = value; }
}

關鍵點：

迭代器持有聚合參考，透過索引器存取元素，不需知道聚合內部用 List、陣列或鏈表。
Next() 結合 Step 實現跳躍邏輯，IsDone 防止越界。
狀態（_current、_step）封裝在迭代器中，支援同一集合同時存在多個獨立迭代器。

3. 聚合介面與實作：工廠方法建立迭代器

public interface ICollection
{
    IIterator CreateIterator();
}

public class Collection : ICollection
{
    private List<MessageModel> list = new List<MessageModel>();

    public IIterator CreateIterator() => new Iterator(this);

    public int Count => list.Count;

    public MessageModel this[int index]
    {
        get => list[index];
        set => list.Add(value); // 簡化：set 視為 Add
    }
}

CreateIterator() 為工廠方法，讓聚合決定建立哪種迭代器（可根據條件回傳不同實作，如反向迭代器、過濾迭代器）。

4. 客戶端：統一遍歷介面與自定義步長

I.Collection collection = new I.Collection();
for (int i = 1; i <= 9; i++)
    collection[i-1] = new I.MessageModel("第" + i + "條信息", DateTime.Now);

I.Iterator iterator = new I.Iterator(collection);
iterator.Step = 2; // 設定步長為 2：跳躍遍歷

for (I.MessageModel mm = iterator.First(); !iterator.IsDone; mm = iterator.Next())
{
    Response.Write(mm.Message + "<br />");
}

執行結果驗證

第1條信息
第3條信息
第5條信息
第7條信息
第9條信息

步長為 2 時，正確輸出索引 0, 2, 4, 6, 8 的元素，驗證迭代器封裝「跳躍遍歷」策略的能力。

進階應用與 .NET 生態整合

內建介面：IEnumerable<T> 與 IEnumerator<T>

.NET Framework 內建標準化迭代器模式：

IEnumerable<T> 對應 Aggregate，提供 GetEnumerator()。
IEnumerator<T> 對應 Iterator，提供 MoveNext()、Current、Reset()。
foreach 編譯器語法糖自動處理迭代器生命週期。

實務建議：自訂集合實作 IEnumerable<T>，即可獲得 foreach、LINQ、序列化等生態支援。

迭代器模式的現代變體

生成器：C# yield return 編譯器自動生成狀態機實作 IEnumerable，極大簡化迭代器撰寫。
管道/流式處理：LINQ 操作符（Where、Select、Skip）本質上是裝飾迭代器，組合形成查詢管道。
非同步迭代器：C# 8.0 IAsyncEnumerable<T> 支援 await foreach，適用於資料庫串流、網路分頁。

常見陷阱與最佳實務

修改集合時迭代：foreach 中修改集合會拋出 InvalidOperationException。解決：先 ToList() 複製、或使用倒序迴圈、或收集待刪除項目稍後處理。
迭代器失效：自訂迭代器需在集合結構變更時重置或拋出異常。
大量資料：使用 yield return 延遲執行，避免一次載入所有資料到記憶體。

優缺點總結

優點

單一職責：遍歷邏輯從集合分離。
開閉原則：新增遍歷策略（反向、過濾、跳躍）無需修改集合類別。
支援同一集合多種並發遍歷（每個迭代器獨立狀態）。
統一介面：客戶端以相同方式遍歷陣列、列表、樹、資料庫結果集。

缺點

簡單集合（如陣列）使用迭代器可能過度設計。
某些遍歷操作（如隨機存取、回溯）用迭代器介面不便。
需額外類別增加系統複雜度。

總結

迭代器模式將「如何遍歷」從「儲存什麼」中分離，提供統一、可擴展的元素存取介面。本範例以可自定義步長的訊息集合為例，完整展示了抽象聚合、具體聚合、抽象迭代器、具體迭代器四角色協作，並驗證了跳躍遍歷策略的封裝優勢。在 .NET 生態中，IEnumerable<T>/IEnumerator<T> 與 yield return 已將此模式內建於語言層級，掌握其核心機制，能讓你在設計自訂集合、資料管道、非同步串流時，充分發揮標準化遍歷介面的威力，編寫出更優雅、可組合、效能更好的程式碼。

參考資源：DoFactory Iterator Pattern