本文的概念来自深入浅出设计模式一书
项目需求
有两个饭店合并了, 它们各自有自己的菜单. 饭店合并之后要保留这两份菜单.
这两个菜单是这样的:
菜单项MenuItem的代码是这样的:
最初我们是这样设计的, 这是第一份菜单:
这是第2份菜单:
同时有两个菜单存在的问题
问题就是多个菜单把事情变复杂了. 例如: 如果一个服务员需要使用两份菜单的话, 那么她就无法很快的告诉客户有哪些菜是适合素食主义者的了.
服务员还有可能有这些需求:
打印菜单, 打印早餐菜单, 打印午餐菜单, 打印素食菜单, 判断某个菜是否是素食的.
首先我们尝试一下如何实现打印菜单:
1. 调用两个菜单上面的getMenuItem()方法来获取各自的菜单项, 由于它们的菜单不同, 所以需要写两段代码:
2. 打印两个菜单的菜单项, 同样也是两套代码:
3. 如果还有一份菜单, 那么就需要写三套代码....
现在就很麻烦了.
怎么解决这个问题
如果能找到一种方式让这两个菜单同时实现一个接口就好了. 我们已经知道, 要把变化的部分封装起来.
什么是变化的部分? 由于不同对象集合引起的遍历操作.
那我们试试;
1. 想要遍历早餐项, 我们使用ArrayList的size()和get()方法:
2. 想要遍历午餐项, 我们需要使用Array的length成员变量以及通过索引访问数组:
3. 如果我们创建一个对象, 把它叫做迭代器, 让它来封装我们遍历集合的方式怎么样?
这里, 我们需要早餐菜单创建一个迭代器, 如果还有剩余的菜单项没有遍历完, 就获取下一个菜单项.
4. 让我们在Array上试试:
初识迭代器模式
首先你需要知道这种模式依赖于一个迭代器接口. 例如这个:
hasNext()方法告诉我们集合中是否还有剩余的条目没有遍历到.
next()方法返回下一个条目.
有了这个接口, 我们可以在任何一种集合上实现该接口.:
修改代码
定义迭代器接口:
然后再DinerMenu上实现迭代器接口:
然后使用迭代器来修改DinerMenu菜单:
注意: 不要直接返回集合, 因为这样会暴露内部实现.
createIterator()方法返回的是迭代器的接口, 客户并不需要知道DinerMenu是如何维护菜单项的, 也不需要DinerMenu的迭代器是如何实现的. 它只是用迭代器来遍历菜单里面的条目.
最后服务员的代码如下:
测试代码:
我们做了哪些修改?
我们只是为菜单添加了createIterator()方法.
而现在, 菜单的实现被封装了, 服务员不知道菜单是如何保存菜单项的.
我们所需要的只是一个循环, 它可以多态的处理实现了迭代器接口的集合.
而服务员使用的是迭代器接口.
现在呢, 菜单还没有共同的接口, 这意味着服务员仍然被绑定在两个具体的菜单类上, 一会我们再说这个.
当前的设计图
目前就是两个菜单实现了同一套方法, 但是还没有实现同一个接口.
使用C#, .NET Core控制台项目进行实现
菜单项 MenuItem:
namespace IteratorPattern.Menus{ public class MenuItem { public string Name { get; } public string Description { get; } public bool Vegetarian { get; } public double Price { get; } public MenuItem(string name, string description, bool vegetarian, double price) { Name = name; Description = description; Vegetarian = vegetarian; Price = price; } }} 迭代器接口 IMyIterator:
namespace IteratorPattern.Abstractions{ public interface IMyIterator { bool HasNext(); object Next(); }} 两个菜单迭代器:
using IteratorPattern.Abstractions;using IteratorPattern.Menus;namespace IteratorPattern.MenuIterators{ public class MyDinerMenuIterator: IMyIterator { private readonly MenuItem[] _menuItems; private int _position; public MyDinerMenuIterator(MenuItem[] menuItems) { _menuItems = menuItems; } public bool HasNext() { if (_position >= _menuItems.Length || _menuItems[_position] == null) { return false; } return true; } public object Next() { var menuItem = _menuItems[_position]; _position++; return menuItem; } }}using System.Collections;using IteratorPattern.Abstractions;namespace IteratorPattern.MenuIterators{ public class MyPancakeHouseMenuIterator:IMyIterator { private readonly ArrayList _menuItems; private int _position; public MyPancakeHouseMenuIterator(ArrayList menuItems) { _menuItems = menuItems; } public bool HasNext() { if (_position >= _menuItems.Count || _menuItems[_position] == null) { return false; } _position++; return true; } public object Next() { var menuItem = _menuItems[_position]; _position++; return menuItem; } }} 两个菜单:
using System;using System.Collections.Generic;using System.Text;using IteratorPattern.Abstractions;using IteratorPattern.MenuIterators;namespace IteratorPattern.Menus{ public class MyDinerMenu { private const int MaxItems = 6; private int _numberOfItems = 0; private MenuItem[] MenuItems { get; } public MyDinerMenu() { MenuItems = new MenuItem[MaxItems]; AddItem("Vegetarian BLT", "(Fakin’) Bacon with lettuce & tomato on whole wheat", true, 2.99); AddItem("BLT", "Bacon with lettuce & tomato on whole wheat", false, 2.99); AddItem("Soup of the day", "Soup of the day, with a side of potato salad", false, 3.29); AddItem("Hotdog", "A hot dog, with saurkraut, relish, onions, topped with cheese", false, 3.05); } public void AddItem(string name, string description, bool vegetarian, double price) { var menuItem = new MenuItem(name, description, vegetarian, price); if (_numberOfItems >= MaxItems) { Console.WriteLine("Sorry, menu is full! Can't add item to menu"); } else { MenuItems[_numberOfItems] = menuItem; _numberOfItems++; } } public IMyIterator CreateIterator() { return new MyDinerMenuIterator(MenuItems); } }}using System.Collections;using IteratorPattern.Abstractions;using IteratorPattern.MenuIterators;namespace IteratorPattern.Menus{ public class MyPancakeHouseMenu { public ArrayList MenuItems { get; } public MyPancakeHouseMenu() { MenuItems = new ArrayList(); AddItem("K&B’s Pancake Breakfast", "Pancakes with scrambled eggs, and toast", true, 2.99); AddItem("Regular Pancake Breakfast", "Pancakes with fried eggs, sausage", false, 2.99); AddItem("Blueberry Pancakes", "Pancakes made with fresh blueberries", true, 3.49); AddItem("Waffles", "Waffles, with your choice of blueberries or strawberries", true, 3.59); } public void AddItem(string name, string description, bool vegetarian, double price) { var menuItem = new MenuItem(name, description, vegetarian, price); MenuItems.Add(menuItem); } public IMyIterator CreateIterator() { return new MyPancakeHouseMenuIterator(MenuItems); } }} 服务员 Waitress:
using System;using IteratorPattern.Abstractions;using IteratorPattern.Menus;namespace IteratorPattern.Waitresses{ public class MyWaitress { private readonly MyPancakeHouseMenu _pancakeHouseMenu; private readonly MyDinerMenu _dinerMenu; public MyWaitress(MyPancakeHouseMenu pancakeHouseMenu, MyDinerMenu dinerMenu) { _pancakeHouseMenu = pancakeHouseMenu; _dinerMenu = dinerMenu; } public void PrintMenu() { var pancakeIterator = _pancakeHouseMenu.CreateIterator(); var dinerIterator = _dinerMenu.CreateIterator(); Console.WriteLine("MENU\n--------------\nBREAKFIRST"); PrintMenu(pancakeIterator); Console.WriteLine("\nLUNCH"); PrintMenu(dinerIterator); } private void PrintMenu(IMyIterator iterator) { while (iterator.HasNext()) { var menuItem = iterator.Next() as MenuItem; Console.Write($"{menuItem?.Name}, "); Console.Write($"{menuItem?.Price} -- "); Console.WriteLine($"{menuItem?.Description}"); } } }} 测试:
static void MenuTestDriveUsingMyIterator() { var pancakeHouseMenu = new MyPancakeHouseMenu(); var dinerMenu = new MyDinerMenu(); var waitress = new MyWaitress(pancakeHouseMenu, dinerMenu); waitress.PrintMenu(); } 
做一些改进
Java里面内置了Iterator接口, 我们刚才是手写了一个Iterator迭代器接口. Java内置的定义如下:
注意里面这个remove()方法, 我们可能不需要它.
remove()方法是可选实现的, 如果你不想让集合有此功能的话, 就应该抛出NotSupportedException(C#的).
使用java内置的Iterator来实现
由于PancakeHouseMenu使用的是ArrayList, 而ArrayList已经实现了该接口, 那么:这样简单改一下就可以:
针对DinerMe菜单, 还是需要手动实现的:
最后别忘了给菜单规定一个统一的接口:
服务员Waitress类里面也使用Menu来代替具体的菜单, 这样也减少了服务员对具体类的依赖(针对接口编程, 而不是具体的实现):
最后看下改进后的设计类图:
迭代器模式定义
迭代器模式提供了一种访问聚合对象(例如集合)元素的方式, 而且又不暴露该对象的内部表示.
迭代器模式负责遍历该对象的元素, 该项工作由迭代器负责而不是由聚合对象(集合)负责.
类图:
其它问题
- 迭代器分内部迭代器和外部迭代器, 我们上面实现的是外部迭代器. 也就是说客户控制着迭代, 它通过调用next()方法来获取下个元素. 而内部迭代器由迭代器本身自己控制迭代, 这种情况下, 你需要告诉迭代器遍历的时候需要做哪些动作, 所以你得找到一种方式把操作传递进去. 内部迭代器还是不如外部的灵活, 但是也许使用起来会简单一些?
- 迭代器意味着无序. 它所遍历的集合的顺序是根据集合来定的, 也有可能会遍历出来的元素值会重复.
单一职责设计原则
一个类应该只有一个变化发生的原因.
写代码的时候这个原则很容易被忽略掉, 只能通过多检查设计来避免违反原则.
所谓的高内聚, 就是只这个类是围绕一套关连的函数而设计的.
而低内聚就是只这个类是围绕一些不相关的函数而设计的.
遵循该原则的类通常是高内聚的, 并且可维护性要比那些多重职责或低内聚的类好.
需求变更
还需要添加另一份菜单:
这个菜单使用的是HashTable.
首先修改该菜单, 让它实现Menu接口:
注意看HashTable的不同之处:
首先通过values()方法获取HashTable的集合对象, 这个对象正好实现了Iterator接口, 直接调用iterator()方法即可.
最后修改服务员类:
测试:
到目前我们做了什么
我们给了服务员一种简单的方式来遍历菜单项, 不同的菜单实现了同一个迭代器接口, 服务员不需要知道菜单项的实现方法.
我们把服务员和菜单的实现解耦了
而且使服务员可以扩展:
还有个问题
现在有三个菜单, 每次再添加一个菜单的时候, 你都得相应的添加一套代码, 这违反了"对修改关闭, 对扩展开放原则".
那我们把这些菜单放到可迭代的集合即可:
C#, .NET Core控制带项目实现
菜单接口:
using System.Collections;namespace IteratorPattern.Abstractions{ public interface IMenu { IEnumerator CreateIEnumerator(); }}
三个菜单:
using System;using System.Collections;using IteratorPattern.Abstractions;using IteratorPattern.MenuIterators;namespace IteratorPattern.Menus{ public class DinerMenu: IMenu { private const int MaxItems = 6; private int _numberOfItems = 0; private MenuItem[] MenuItems { get; } public DinerMenu() { MenuItems = new MenuItem[MaxItems]; AddItem("Vegetarian BLT", "(Fakin’) Bacon with lettuce & tomato on whole wheat", true, 2.99); AddItem("BLT", "Bacon with lettuce & tomato on whole wheat", false, 2.99); AddItem("Soup of the day", "Soup of the day, with a side of potato salad", false, 3.29); AddItem("Hotdog", "A hot dog, with saurkraut, relish, onions, topped with cheese", false, 3.05); } public void AddItem(string name, string description, bool vegetarian, double price) { var menuItem = new MenuItem(name, description, vegetarian, price); if (_numberOfItems >= MaxItems) { Console.WriteLine("Sorry, menu is full! Can't add item to menu"); } else { MenuItems[_numberOfItems] = menuItem; _numberOfItems++; } } public IEnumerator CreateIEnumerator() { return new DinerMenuIterator(MenuItems); } }}using System.Collections;using IteratorPattern.Abstractions;using IteratorPattern.MenuIterators;namespace IteratorPattern.Menus{ public class PancakeHouseMenu: IMenu { public ArrayList MenuItems { get; } public PancakeHouseMenu() { MenuItems = new ArrayList(); AddItem("K&B’s Pancake Breakfast", "Pancakes with scrambled eggs, and toast", true, 2.99); AddItem("Regular Pancake Breakfast", "Pancakes with fried eggs, sausage", false, 2.99); AddItem("Blueberry Pancakes", "Pancakes made with fresh blueberries", true, 3.49); AddItem("Waffles", "Waffles, with your choice of blueberries or strawberries", true, 3.59); } public void AddItem(string name, string description, bool vegetarian, double price) { var menuItem = new MenuItem(name, description, vegetarian, price); MenuItems.Add(menuItem); } public IEnumerator CreateIEnumerator() { return new PancakeHouseMenuIterator(MenuItems); } }}using System.Collections;using IteratorPattern.Abstractions;namespace IteratorPattern.Menus{ public class CafeMenu : IMenu { public Hashtable MenuItems { get; } = new Hashtable(); public CafeMenu() { AddItem("Veggie Burger and Air Fries", "Veggie burger on a whole wheat bun, lettuce, tomato, and fries", true, 3.99); AddItem("Soup of the day", "A cup of the soup of the day, with a side salad", false, 3.69); AddItem("Burrito", "A large burrito, with whole pinto beans, salsa, guacamole", true, 4.29); } public IEnumerator CreateIEnumerator() { return MenuItems.GetEnumerator(); } public void AddItem(string name, string description, bool vegetarian, double price) { var menuItem = new MenuItem(name, description, vegetarian, price); MenuItems.Add(menuItem.Name, menuItem); } }} 菜单的迭代器:
using System;using System.Collections;using IteratorPattern.Menus;namespace IteratorPattern.MenuIterators{ public class DinerMenuIterator: IEnumerator { private readonly MenuItem[] _menuItems; private int _position = -1; public DinerMenuIterator(MenuItem[] menuItems) { _menuItems = menuItems; } public bool MoveNext() { _position++; if (_position >= _menuItems.Length || _menuItems[_position] == null) { return false; } return true; } public void Reset() { _position = -1; } public object Current => _menuItems[_position]; }} using System.Collections;using System.Collections.Generic;namespace IteratorPattern.MenuIterators{ public class PancakeHouseMenuIterator : IEnumerator { private readonly ArrayList _menuItems; private int _position = -1; public PancakeHouseMenuIterator(ArrayList menuItems) { _menuItems = menuItems; } public bool MoveNext() { _position++; if (_position >= _menuItems.Count || _menuItems[_position] == null) { return false; } return true; } public void Reset() { _position = -1; } public object Current => _menuItems[_position]; }} 服务员:
using System;using System.Collections;using IteratorPattern.Abstractions;using IteratorPattern.Menus;namespace IteratorPattern.Waitresses{ public class Waitress { private readonly ArrayList _menus; public Waitress(ArrayList menus) { _menus = menus; } public void PrintMenu() { var menuIterator = _menus.GetEnumerator(); while (menuIterator.MoveNext()) { var menu = menuIterator.Current as IMenu; PrintMenu(menu?.CreateIEnumerator()); } } private void PrintMenu(IEnumerator iterator) { while (iterator.MoveNext()) { if (iterator.Current != null) { MenuItem menuItem; if (iterator.Current is MenuItem item) { menuItem = item; } else { menuItem = ((DictionaryEntry)iterator.Current).Value as MenuItem; } Console.Write($"{menuItem?.Name}, "); Console.Write($"{menuItem?.Price} -- "); Console.WriteLine($"{menuItem?.Description}"); } } Console.WriteLine(); } }} 测试:
static void MenuTestDriveUsingIEnumerator() { var pancakeHouseMenu = new PancakeHouseMenu(); var dinerMenu = new DinerMenu(); var cafeMenu = new CafeMenu(); var waitress = new Waitress(new ArrayList(3) { pancakeHouseMenu, dinerMenu, cafeMenu }); waitress.PrintMenu(); }
深入浅出设计模式的C#实现的代码:
这篇先到这, 本章涉及到组合模式, 下篇文章再写.