Java中的Iterable與Iterator詳解
在Java中，我們可以對List集合進行如下幾種方式的遍歷：
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(5);
list.add(23);
list.add(42);
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
System.out.print(list.get(i) + ",");
}
Iterator it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
System.out.print(it.next() + ",");
}
for (Integer i : list) {
System.out.print(i + ",");
}
第一種就是普通的for迴圈，第二種為迭代器遍歷，第三種是for each迴圈。後面兩種方式涉及到Java中的iterator和iterable物件，接下來我們來看看這兩個物件的區別以及如何在自定義類中實現for each迴圈。
Iterator與Iterable
iterator為Java中的迭代器物件，是能夠對List這樣的集合進行迭代遍歷的底層依賴。而iterable接口裡定義了返回iterator的方法，相當於對iterator的封裝，同時實現了iterable介面的類可以支援for each迴圈。
iterator內部細節
jdk中Iterator介面主要方法如下：
public interface Iterator<E> {
boolean hasNext();
E next();
}
iterator通過以上兩個方法定義了對集合迭代訪問的方法，而具體的實現方式依賴於不同的實現類，具體的集合類實現Iterator介面中的方法以實現迭代。
可以發現，在List中並沒有實現Iterator介面，而是實現的Iterable介面。進一步觀察Iterable介面的原始碼可以發現其只是返回了一個Iterator物件。
public interface Iterable<T> {
Iterator<T> iterator();
}
所以我們可以使用如下方式來對List進行迭代了（通過呼叫iterator()方法）
Iterator it = list.iterator();
while (it.hasNext()) {
System.out.print(it.next() + ",");
}
同時實現了Iterable介面的還可以使用for each迴圈。
for each原理
其實for each迴圈內部也是依賴於Iterator迭代器，只不過Java提供的語法糖，Java編譯器會將其轉化為Iterator迭代器方式遍歷。我們對以下for each迴圈進行反編譯：
for (Integer i : list) {
System.out.println(i);
}
反編譯後：
Integer i;
for(Iterator iterator = list.iterator(); iterator.hasNext(); System.out.println(i)){
i = (Integer)iterator.next();
}
可以看到Java的for each增強迴圈是通過iterator迭代器方式實現的。
深入探討Iterable與Iterator關係
有一個問題，為什麼不直接將hasNext()，next()方法放在Iterable介面中，其他類直接實現就可以了？
原因是有些集合類可能不止一種遍歷方式，實現了Iterable的類可以再實現多個Iterator內部類，例如LinkedList
中的ListItr
和DescendingIterator
兩個內部類，就分別實現了雙向遍歷和逆序遍歷。通過返回不同的Iterator
實現不同的遍歷方式，這樣更加靈活。如果把兩個介面合併，就沒法返回不同的Iterator
實現類了。ListItr相關原始碼如下：
public ListIterator<E> listIterator(int index) {
checkPositionIndex(index);
return new ListItr(index);
}
private class ListItr implements ListIterator<E> {
...
ListItr(int index) {
// assert isPositionIndex(index);
next = (index == size) ? null : node(index);
nextIndex = index;
}
public boolean hasNext() {
return nextIndex < size;
}
...
如上所示可以通過呼叫list.listIterator()
方法返回iterator迭代器（list.iterator()
只是其預設實現）
DescendingIterator
原始碼如下：
public Iterator<E> descendingIterator() {
return new DescendingIterator();
}
private class DescendingIterator implements Iterator<E>{
private final ListItr itr = new ListItr(size());
public boolean hasNext() {
return itr.hasPrevious();
}
public E next() {
return itr.previous();
}
public void remove() {
itr.remove();
}
}
同樣可以通過list.descendingIterator()
使用該迭代器。
實現自己的迭代器
我們現在有一個自定義類ArrayMap，現在如果對其進行如下for each遍歷：
ArrayMap<String, Integer> am = new ArrayMap<>();
am.put("hello", 5);
am.put("syrups", 10);
for (String s: am) {
System.out.println(s);
}
由於我們並沒有實現hashNext和next抽象方法，所以無法對其進行遍歷。
自定義迭代器類
我們首先自定義一個迭代器類實現hashNext和next方法，並將其作為ArrayMap的內部類，相關程式碼如下:
public class KeyIterator implements Iterator<K> {
private int ptr;
public KeyIterator() {
ptr = 0;
}
@Override
public boolean hasNext() {
return (ptr != size);
}
@Override
public K next() {
K returnItem = keys[ptr];
ptr += 1;
return returnItem;
}
}
可以看到我們在next中指定的遍歷規則是根據ArrayMap的key值進行遍歷。有了上述迭代器類，我們就可以使用iterator方式在外部對其進行遍歷了，遍歷程式碼如下：
ArrayMap<String, Integer> am = new ArrayMap<>();
am.put("hello", 5);
am.put("syrups", 10);
ArrayMap.KeyIterator ami = am.new KeyIterator();
while (ami.hasNext()) {
System.out.println(ami.next());
}
如上所示，通過建立KeyIterator物件進行迭代訪問（注意外部類建立內部類物件的方式）。
支援for each迴圈
現在還不能支援for each迴圈訪問，因為我們還沒有實現iterable介面，首先在ArrayMap中實現Iterable介面：
public class ArrayMap<K, V> implements Iterable<K> {
private K[] keys;
private V[] values;
int size;
public ArrayMap() {
keys = (K[]) new Object[100];
values = (V[]) new Object[100];
size = 0;
}
....
}
然後重寫iterator()方法，並在其中返回我們自己的迭代器物件(iterator)
@Override
public Iterator<K> iterator() {
return new KeyIterator();
}
注意我們自定義的KeyIterator類必須要實現Iterator介面，否則在iterator()方法中返回的型別不匹配。
總結與感想
（1）學會深入思考，一點點抽絲剝繭，多想想為什麼這樣實現，很多問題沒有自己想象中的那麼複雜。
（2）遇到疑惑不放棄，這是提升自己最好的機會，遇到某個疑難的點，解決的過程中會挖掘出很多相關東西。
參考資料：
（1）ofollow,noindex" target="_blank">CS61B
（2）for each實現原理
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