Day 21: Behavioral patterns - Iterator - iT 邦幫忙::一起幫忙解決難題，拯救 IT 人的一天

2021 iThome 鐵人賽

DAY 21

Software Development

也該是時候學學 Design Pattern 了系列第 21 篇

Day 21: Behavioral patterns - Iterator

13th鐵人賽

維特的兩條腿

團隊Outcome First 2.0

2021-10-06 22:07:42

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目的

了解 forEach() 的來由。

說明

簡單來說，實作任意資料結構的 forEach()，最常見的莫過於 Array、List 等，其他像是 Linked List、Stack、Queue、Tree 等也是可實作的資料結構，在模式內負責儲存的物件稱作 Aggregate。

這次的實作，採用 Array（JS）、 List（Java），放入名為 Car 的物件。

相關作法是：

建立 Aggregate 的虛擬層親代，提供基本的 Array（JS）、 List（Java）方法，像是：
1. 取得 Array（JS）、 List（Java）長度。
2. 取得特定項目。
3. 新增項目。
4. 與 Iterator 連結。
建立 Iterator 的虛擬層親代，負責與 Aggregate 溝通，取得 Aggregate 內的項目。
實作 Aggregate 的子代，除了親代的方法之外，還要內建一個 Array（JS）、 List（Java）負責儲存物件。
實作 Iterator 的子代，除了親代的方法之外，還可以依照需求建立新方法，與 Aggregate 內的項目互動。
輸入多個 Car 物件後，搭配 While 模擬 forEach()。

以下範例以「依序檢查車庫內的二手車輛」為核心製作。

UML 圖

Iterator Pattern UML Diagram

使用 Java 實作

放入 Aggregate 內的物件：Car


    private String name;
    private String manufacturer;
    private int productionYear;
    private int gasolinePercent;

    public Car(String name, String manufacturer, int productionYear, int gasolinePercent) {
        this.name = name;
        this.manufacturer = manufacturer;
        this.productionYear = productionYear;
        this.gasolinePercent = gasolinePercent;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public String getManufacturer() {
        return manufacturer;
    }

    public int getProductionYear() {
        return productionYear;
    }

    public int getGasolinePercent() {
        return gasolinePercent;
    }
}

Aggregate 的虛擬層親代：UsedCarDealerAggregate

public interface UsedCarDealerAggregate {
    CarIterator createCarIterator();

    int size();

    Car getCar(int index);

    void add(Car car);
}

Iterator 的虛擬層親代：CarIterator

public interface CarIterator {
    Car getFirst();

    Car getCurrent();

    Car getNext();

    boolean isDone();

    void reset();
}

Aggregate 的子代：UsedCarDealer

public class UsedCarDealer implements UsedCarDealerAggregate {
    private List<Car> list;

    public UsedCarDealer() {
        this.list = new ArrayList<>();
    }

    @Override
    public CarIterator createCarIterator() {
        return new UsedCarDealerIterator(this);
    }

    @Override
    public int size() {
        return list.size();
    }

    @Override
    public Car getCar(int index) {
        return list.get(index);
    }

    @Override
    public void add(Car car) {
        list.add(car);
    }
}

Iterator 的子代：UsedCarDealerIterator

public class UsedCarDealerIterator implements CarIterator {
    private UsedCarDealer usedCarDealer;
    private int currentIndex = 0;

    public UsedCarDealerIterator(UsedCarDealer usedCarDealer) {
        this.usedCarDealer = usedCarDealer;
    }

    @Override
    public Car getFirst() {
        return usedCarDealer.getCar(0);
    }

    @Override
    public Car getCurrent() {
        if (currentIndex < usedCarDealer.size()) {
            return usedCarDealer.getCar(currentIndex);
        } else {
            return null;
        }
    }

    @Override
    public Car getNext() {
        currentIndex++;

        if (currentIndex < usedCarDealer.size()) {
            return usedCarDealer.getCar(currentIndex);
        } else {
            return null;
        }
    }

    @Override
    public boolean isDone() {
        return currentIndex < usedCarDealer.size();
    }

    @Override
    public void reset() {
        currentIndex = 0;
    }

    public void showCurrentDetails() {
        Car currentCar = getCurrent();
        System.out.println("車輛的型號是 " + currentCar.getName() + " ，製造商則是 " + currentCar.getManufacturer());
        Calendar calendar = Calendar.getInstance();

        if ((calendar.get(Calendar.YEAR) - currentCar.getProductionYear()) > 10) {
            System.out.println("注意，車齡大於 10 年");
        }

        if (currentCar.getGasolinePercent() > 50) {
            System.out.println("油量足夠\n");
        } else {
            System.out.println("油量不足，該加油了\n");
        }
    }
}

測試，輸入車庫內的車輛資料後，逐一檢查：UsedCarDealerIteratorSample

public class UsedCarDealerIteratorSample {
    public static void main(String[] args) {
        UsedCarDealer sellingCars = new UsedCarDealer();
        sellingCars.add(new Car("RX450h", "Lexus", 2020, 100));
        sellingCars.add(new Car("M3", "BMW", 2015, 90));
        sellingCars.add(new Car("Camaro 2SS", "Chevrolet", 2017, 50));
        sellingCars.add(new Car("Continental Flying Spur", "Bentley", 2008, 10));
        sellingCars.add(new Car("Mustang", "Ford", 2020, 10));
        sellingCars.add(new Car("MGB", "MG", 1979, 5));
        sellingCars.add(new Car("Porsche", "Cayman S", 2014, 20));
        sellingCars.add(new Car("S60 T5", "Volvo", 2020, 15));
        sellingCars.add(new Car("Grand Cherokee Overland", "Jeep", 2017, 58));

        UsedCarDealerIterator carIterator = new UsedCarDealerIterator(sellingCars);
        while (carIterator.isDone()) {
            carIterator.showCurrentDetails();
            carIterator.getNext();
        }
    }
}

使用 JavaScript 實作

放入 Aggregate 內的物件：Car

class Car {
  /**
   * @param {string} name
   * @param {string} manufacturer
   * @param {number} productionYear
   * @param {number} gasolinePercent
   */
  constructor(name, manufacturer, productionYear, gasolinePercent) {
    this.name = name;
    this.manufacturer = manufacturer;
    this.productionYear = productionYear;
    this.gasolinePercent = gasolinePercent;
  }

  getName() {
    return this.name;
  }

  getManufacturer() {
    return this.manufacturer;
  }

  getProductionYear() {
    return this.productionYear;
  }

  getGasolinePercent() {
    return this.gasolinePercent;
  }
}

Aggregate 的虛擬層親代：UsedCarDealerAggregate

/** @interface */
class UsedCarDealerAggregate {
  createCarIterator() { return; }

  size() { return; }

  /** @param {number} index */
  getCar(index) { return; }

  /** @param {Car} car */
  add(car) { return; }
}

Iterator 的虛擬層親代：CarIterator

/** @interface */
class CarIterator {
  getFirst() { return; }

  getCurrent() { return; }

  getNext() { return; }

  isDone() { return; }

  reset() { return; }
}

Aggregate 的子代：UsedCarDealer

class UsedCarDealer extends UsedCarDealerAggregate {
  constructor() {
    super();
    /** @type {Car[]} */
    this.list = [];
  }

  /** @override */
  createCarIterator() {
    return new UsedCarDealerIterator(this);
  }

  /** @override */
  size() {
    return this.list.length;
  }

  /**
   * @override
   * @param {number} index
   */
  getCar(index) {
    return this.list[index];
  }

  /**
   * @override
   * @param {Car} car
   */
  add(car) {
    this.list.push(car);
  }
}

Iterator 的子代：UsedCarDealerIterator

class UsedCarDealerIterator extends CarIterator {
  /** @param {UsedCarDealer} usedCarDealer */
  constructor(usedCarDealer) {
    super();
    this.usedCarDealer = usedCarDealer;
    this.currentIndex = 0;
  }

  /** @override */
  getFirst() {
    return this.usedCarDealer.getCar(0);
  }

  /** @override */
  getCurrent() {
    if (this.currentIndex < this.usedCarDealer.size()) {
      return this.usedCarDealer.getCar(this.currentIndex);
    } else {
      return null;
    }
  }

  /** @override */
  getNext() {
    this.currentIndex++;

    if (this.currentIndex < this.usedCarDealer.size()) {
      return this.usedCarDealer.getCar(this.currentIndex);
    } else {
      return null;
    }
  }

  /** @override */
  isDone() {
    return this.currentIndex < this.usedCarDealer.size();
  }

  /** @override */
  reset() {
    this.currentIndex = 0;
  }

  showCurrentDetails() {
    const currentCar = this.getCurrent();
    console.log("車輛的型號是 " + currentCar.getName() + " ，製造商則是 " + currentCar.getManufacturer());
    const date = new Date();

    if ((date.getFullYear() - currentCar.getProductionYear()) > 10) {
      console.log("注意，車齡大於 10 年");
    }

    if (currentCar.getGasolinePercent() > 50) {
      console.log("油量足夠\n");
    } else {
      console.log("油量不足，該加油了\n");
    }
  }
}

測試，輸入車庫內的車輛資料後，逐一檢查：UsedCarDealerIteratorSample

const usedCarDealerIteratorSample = () => {
  const sellingCars = new UsedCarDealer();
  sellingCars.add(new Car("RX450h", "Lexus", 2020, 100));
  sellingCars.add(new Car("M3", "BMW", 2015, 90));
  sellingCars.add(new Car("Camaro 2SS", "Chevrolet", 2017, 50));
  sellingCars.add(new Car("Continental Flying Spur", "Bentley", 2008, 10));
  sellingCars.add(new Car("Mustang", "Ford", 2020, 10));
  sellingCars.add(new Car("MGB", "MG", 1979, 5));
  sellingCars.add(new Car("Porsche", "Cayman S", 2014, 20));
  sellingCars.add(new Car("S60 T5", "Volvo", 2020, 15));
  sellingCars.add(new Car("Grand Cherokee Overland", "Jeep", 2017, 58));

  const carIterator = new UsedCarDealerIterator(sellingCars);
  while (carIterator.isDone()) {
    carIterator.showCurrentDetails();
    carIterator.getNext();
  }
}

usedCarDealerIteratorSample();

總結

Iterator 模式可說是歷史的軌跡，1994 年的時候，forEach() 的概念尚未成為許多程式語言的內建語法，因此需要特地開一個模式教導他人如何實作。時光飛逝，forEach() 的概念已經變成許多語言的內建語法，這時候來看 Iterator 模式顯得有點尷尬，因為看了似乎也沒學到什麼，不看內心覺得沒有腳踏實地閱讀「物件導向設計模式」。

想到唯一的用途是，其他資料結構需要實作 forEach() 功能的話，就需要這個模式了

程式語言都內建 Iterator 模式