【Java 23 种设计模式】解释器&迭代器（15）

解释器

给定一个语言，定义它的文法的一种表示，并定义一个解释器，这个解释器使用该表示来解释语言中的句子。

解释器模式（Interpreter）是一种针对特定问题设计的一种解决方案。例如，匹配字符串的时候，由于匹配条件非常灵活，使得通过代码来实现非常不灵活。举个例子，针对以下的匹配条件：

• 以+开头的数字表示的区号和电话号码，如+861012345678；
• 以英文开头，后接英文和数字，并以.分隔的域名，如www.liaoxuefeng.com；
• 以/开头的文件路径，如/path/to/file.txt；
• …

因此，需要一种通用的表示方法——正则表达式来进行匹配。正则表达式就是一个字符串，但要把正则表达式解析为语法树，然后再匹配指定的字符串，就需要一个解释器。

实现一个完整的正则表达式的解释器非常复杂，但是使用解释器模式却很简单：

String s = "+861012345678";
System.out.println(s.matches("^\\+\\d+$"));

类似的，当我们使用JDBC时，执行的SQL语句虽然是字符串，但最终需要数据库服务器的SQL解释器来把SQL“翻译”成数据库服务器能执行的代码，这个执行引擎也非常复杂，但对于使用者来说，仅仅需要写出SQL字符串即可。

小结

解释器模式通过抽象语法树实现对用户输入的解释执行。

解释器模式的实现通常非常复杂，且一般只能解决一类特定问题。

迭代器

提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不需要暴露该对象的内部表示。

迭代器模式（Iterator）实际上在Java的集合类中已经广泛使用了。我们以List为例，要遍历ArrayList，即使我们知道它的内部存储了一个Object[]数组，也不应该直接使用数组索引去遍历，因为这样需要了解集合内部的存储结构。如果使用Iterator遍历，那么，ArrayList和LinkedList都可以以一种统一的接口来遍历：

List<String> list = ...
for (Iterator<String> it = list.iterator(); it.hasNext(); ) {
    String s = it.next();
}

实际上，因为Iterator模式十分有用，因此，Java允许我们直接把任何支持Iterator的集合对象用foreach循环写出来：

List<String> list = ...
for (String s : list) {

}

然后由Java编译器完成Iterator模式的所有循环代码。

虽然我们对如何使用Iterator有了一定了解，但如何实现一个Iterator模式呢？我们以一个自定义的集合为例，通过Iterator模式实现倒序遍历：

public class ReverseArrayCollection<T> implements Iterable<T> {
    // 以数组形式持有集合:
    private T[] array;

    public ReverseArrayCollection(T... objs) {
        this.array = Arrays.copyOfRange(objs, 0, objs.length);
    }

    public Iterator<T> iterator() {
        return ???;
    }
}

实现Iterator模式的关键是返回一个Iterator对象，该对象知道集合的内部结构，因为它可以实现倒序遍历。我们使用Java的内部类实现这个Iterator：

public class ReverseArrayCollection<T> implements Iterable<T> {
    private T[] array;

    public ReverseArrayCollection(T... objs) {
        this.array = Arrays.copyOfRange(objs, 0, objs.length);
    }

    public Iterator<T> iterator() {
        return new ReverseIterator();
    }

    class ReverseIterator implements Iterator<T> {
        // 索引位置:
        int index;

        public ReverseIterator() {
            // 创建Iterator时,索引在数组末尾:
            this.index = ReverseArrayCollection.this.array.length;
        }

        public boolean hasNext() {
            // 如果索引大于0,那么可以移动到下一个元素(倒序往前移动):
            return index > 0;
        }

        public T next() {
            // 将索引移动到下一个元素并返回(倒序往前移动):
            index--;
            return array[index];
        }
    }
}

使用内部类的好处是内部类隐含地持有一个它所在对象的this引用，可以通过ReverseArrayCollection.this引用到它所在的集合。上述代码实现的逻辑非常简单，但是实际应用时，如果考虑到多线程访问，当一个线程正在迭代某个集合，而另一个线程修改了集合的内容时，是否能继续安全地迭代，还是抛出ConcurrentModificationException，就需要更仔细地设计。

小结

Iterator模式常用于遍历集合，它允许集合提供一个统一的Iterator接口来遍历元素，同时保证调用者对集合内部的数据结构一无所知，从而使得调用者总是以相同的接口遍历各种不同类型的集合。