Шаблон итератора

В объектно-ориентированном программировании — шаблон итератора это шаблон проектирования , в котором итератор используется для обхода контейнера и доступа к его элементам. Шаблон итератора отделяет алгоритмы от контейнеров; в некоторых случаях алгоритмы обязательно зависят от контейнера и поэтому не могут быть отделены.

Например, гипотетический алгоритм SearchForElement обычно может быть реализован с использованием итератора указанного типа, а не как алгоритм, специфичный для контейнера. Это позволяет SearchForElement использовать в любом контейнере, поддерживающем требуемый тип итератора.

Обзор

Итератор ^[1] шаблон проектирования — один из 23 известных Шаблоны проектирования «Банда четырех» которые описывают, как решать повторяющиеся проблемы проектирования для разработки гибкого и многократно используемого объектно-ориентированного программного обеспечения, то есть объектов, которые легче реализовать, изменить, протестировать и повторно использовать.

Какие проблемы может решить шаблон проектирования «Итератор»?

^[2]

Доступ к элементам агрегатного объекта и их перемещение должны осуществляться без раскрытия его представления (структур данных).
Новые операции обхода должны быть определены для агрегатного объекта без изменения его интерфейса.

Определение операций доступа и обхода в агрегатном интерфейсе является негибким, поскольку оно связывает агрегат с конкретными операциями доступа и обхода и делает невозможным добавление новых операций. позже без необходимости изменения агрегатного интерфейса.

Какое решение описывает шаблон проектирования «Итератор»?

Определите отдельный объект (итератор), который инкапсулирует доступ к агрегатному объекту и его обход.
Клиенты используют итератор для доступа к агрегату и его обхода, не зная его представления (структур данных).

Различные итераторы могут использоваться для доступа к агрегату и его перемещения по-разному.
Новые операции доступа и обхода можно определить независимо, определив новые итераторы.

См. также класс UML и диаграмму последовательности ниже.

Определение

Суть шаблона «Итератор» заключается в том, чтобы «предоставить способ последовательного доступа к элементам агрегатного объекта, не раскрывая его базовое представление». ^[3]

Структура

Класс UML и диаграмма последовательности

Пример класса UML и диаграммы последовательности для шаблона проектирования «Итератор». ^[4]

На приведенной выше UML классов диаграмме Client класс относится (1) к Aggregate интерфейс для создания Iterator объект ( createIterator()) и (2) к Iterator интерфейс для перемещения по Aggregate объект ( next(),hasNext()). Iterator1 класс реализует Iterator интерфейс, обратившись к Aggregate1 сорт.

Диаграмма UML последовательности показывает взаимодействие во время выполнения: Client вызовы объектов createIterator() на Aggregate1 объект, который создает Iterator1 объект и возвращает его к Client. Client использует тогда Iterator1 перемещаться по элементам Aggregate1 объект.

Диаграмма классов UML

Пример

Некоторые языки стандартизируют синтаксис. Яркими примерами являются C++ и Python.

С++

C++ реализует итераторы с семантикой указателей этого языка. В C++ класс может перегружать все операции с указателями, поэтому можно реализовать итератор, который действует более или менее как указатель, включая разыменование, увеличение и уменьшение. Это имеет то преимущество, что алгоритмы C++, такие как std::sort может быть немедленно применен к обычным старым буферам памяти, и нет необходимости изучать новый синтаксис. Однако для проверки равенства требуется «конечный» итератор, а не позволить итератору узнать, что он достиг конца. На языке C++ мы говорим, что итератор моделирует концепцию итератора .

Эта реализация C++11 основана на главе «Еще раз обобщая вектор». ^[5]

#include <iostream>
#include <stdexcept>
#include <initializer_list>
		
class Vector {
public:
  using iterator = double*;
  iterator begin() { return elem; }
  iterator end() { return elem + sz; }
  
  Vector(std::initializer_list<double> lst) :elem(nullptr), sz(0) {
    sz = lst.size();
    elem = new double[sz];
    double* p = elem;
    for (auto i = lst.begin(); i != lst.end(); ++i, ++p) {
      *p = *i;
    }
  }  
  ~Vector() { delete[] elem; }
  int size() const { return sz; }
  double& operator[](int n) {
    if (n < 0 || n >= sz) throw std::out_of_range("Vector::operator[]");
    return elem[n];
  }
  Vector(const Vector&) = delete; // rule of three
  Vector& operator=(const Vector&) = delete;
private:
  double* elem;
  int sz;
};

int main() {
  Vector v = {1.1*1.1, 2.2*2.2};
  
  for (const auto& x : v) {
    std::cout << x << '\n';
  }
  for (auto i = v.begin(); i != v.end(); ++i) {
    std::cout << *i << '\n';
  }
  for (auto i = 0; i <= v.size(); ++i) {
    std::cout << v[i] << '\n';
  } 
}

Вывод программы

1.21
4.84
1.21
4.84
1.21
4.84
terminate called after throwing an instance of 'std::out_of_range'
  what():  Vector::operator[]

См. также

Ссылки

^ Эрих Гамма; Ричард Хелм; Ральф Джонсон; Джон Влиссидес (1994). Шаблоны проектирования: элементы объектно-ориентированного программного обеспечения многократного использования . Эддисон Уэсли. стр. 257 и далее . ISBN 0-201-63361-2 .
^ «Шаблон проектирования «Итератор» — проблема, решение и применимость» . w3sDesign.com . Проверено 12 августа 2017 г.
^ Банда четырех
^ «Шаблон проектирования «Итератор. Структура и сотрудничество» . w3sDesign.com . Проверено 12 августа 2017 г.
^ Бьерн Страуструп (2014). Программирование: принципы и практика с использованием C ++ (2-е изд.). Эддисон Уэсли. стр. 729 и далее. ISBN 978-0-321-99278-9 .

Внешние ссылки

[GoF-1] Эрих Гамма; Ричард Хелм; Ральф Джонсон; Джон Влиссидес (1994). Шаблоны проектирования: элементы объектно-ориентированного программного обеспечения многократного использования . Эддисон Уэсли. стр. 257 и далее . ISBN 0-201-63361-2 .

[2] «Шаблон проектирования «Итератор» — проблема, решение и применимость» . w3sDesign.com . Проверено 12 августа 2017 г.

[3] Банда четырех

[4] «Шаблон проектирования «Итератор. Структура и сотрудничество» . w3sDesign.com . Проверено 12 августа 2017 г.

[5] Бьерн Страуструп (2014). Программирование: принципы и практика с использованием C ++ (2-е изд.). Эддисон Уэсли. стр. 729 и далее. ISBN 978-0-321-99278-9 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]