🔄 迭代器模式（Iterator Pattern）深度解析

——以Unity實現高效集合遍歷與動態場景管理為核心案例

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一、模式本質與核心價值

核心目標：
? 統一集合遍歷接口，無需暴露內部數據結構
? 支持多種遍歷方式（順序、逆序、過濾等）
? 解耦集合結構與遍歷算法，提升代碼擴展性

關鍵術語：

• Iterator（迭代器接口）：定義遍歷操作（Next、HasNext等）
• ConcreteIterator（具體迭代器）：實現特定遍歷邏輯
• Aggregate（聚合接口）：定義創建迭代器的方法
• ConcreteAggregate（具體聚合）：實現集合數據結構

數學表達：
設集合C有元素{e?, e?, …, e?}，迭代器I滿足：
I? → e? → e? → … → e?

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二、經典UML結構

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三、Unity實戰代碼（背包系統遍歷）

1. 定義迭代器與聚合接口

public interface IIterator<T> {bool HasNext();T Next();void Reset();
}public interface IAggregate<T> {IIterator<T> CreateIterator();int Count { get; }T this[int index] { get; }
}

2. 實現具體聚合類（背包物品集合）

public class Inventory : IAggregate<Item> {private List<Item> _items = new();public void AddItem(Item item) => _items.Add(item);public IIterator<Item> CreateIterator() => new InventoryIterator(this);public int Count => _items.Count;public Item this[int index] => _items[index];
}

3. 實現具體迭代器

public class InventoryIterator : IIterator<Item> {private Inventory _inventory;private int _index;public InventoryIterator(Inventory inventory) {_inventory = inventory;_index = -1;}public bool HasNext() => _index < _inventory.Count - 1;public Item Next() => _inventory[++_index];public void Reset() => _index = -1;
}

4. 客戶端使用

public class InventoryUI : MonoBehaviour {[SerializeField] private Inventory _inventory;void Update() {if(Input.GetKeyDown(KeyCode.I)) {StartCoroutine(DisplayItems());}}private IEnumerator DisplayItems() {var iterator = _inventory.CreateIterator();while(iterator.HasNext()) {Item item = iterator.Next();Debug.Log($"物品：{item.Name}");yield return null; // 分幀顯示避免卡頓}}
}

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四、模式進階技巧

1. 過濾迭代器（按類型遍歷）

public class WeaponIterator : IIterator<Item> {private IIterator<Item> _baseIterator;public WeaponIterator(Inventory inventory) {_baseIterator = inventory.CreateIterator();}public bool HasNext() {while(_baseIterator.HasNext()) {if(_baseIterator.Next() is Weapon) {_baseIterator.ResetToPrevious();return true;}}return false;}public Item Next() => _baseIterator.Next();
}

2. 協程分幀遍歷

public static class IteratorExtensions {public static IEnumerator CoIterate<T>(this IIterator<T> iterator, Action<T> action) {while(iterator.HasNext()) {action(iterator.Next());yield return null; // 每幀處理一個元素}}
}// 使用示例
StartCoroutine(_inventory.CreateIterator().CoIterate(item => {// 處理每個物品
}));

3. 雙向迭代器

public interface IBidirectionalIterator<T> : IIterator<T> {bool HasPrevious();T Previous();
}public class InventoryBidirectionalIterator : IBidirectionalIterator<Item> {// 實現前后遍歷邏輯
}

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五、游戲開發典型應用場景

1. 場景對象管理

   public class SceneObjectManager : IAggregate<GameObject> {private List<GameObject> _objects = new();public IIterator<GameObject> CreateIterator() => new SceneObjectIterator(this);
   }
   

2. 技能效果鏈

   public class SkillEffectChain : IAggregate<IEffect> {public IIterator<IEffect> CreateReverseIterator() {return new ReverseEffectIterator(this);}
   }
   

3. AI決策評估

   public class AIEvaluator {public void EvaluateAll(IIterator<AICondition> conditions) {while(conditions.HasNext()) {var condition = conditions.Next();condition.Evaluate();}}
   }
   

4. 動態生成系統

   public class WorldGenerator {public void GenerateChunks(IIterator<Vector3> positionIterator) {while(positionIterator.HasNext()) {GenerateChunkAt(positionIterator.Next());}}
   }
   

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六、性能優化策略

策略	實現方式	適用場景
批處理迭代	每次處理多個元素	大規模數據集
緩存迭代器	復用迭代器實例	頻繁遍歷操作
惰性求值	需要時再計算元素	復雜對象集合
空間分區	結合四叉樹/八叉樹	3D場景遍歷

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七、模式對比與選擇

維度	迭代器模式	訪問者模式
關注點	遍歷機制	數據操作
擴展性	新增迭代方式	新增操作類型
數據結構耦合	低耦合	需要接受訪問者接口
典型場景	集合遍歷	復雜數據結構操作

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八、最佳實踐原則

1. 單一職責原則：迭代器只關注遍歷邏輯
2. 不可變快照：在迭代過程中防止集合修改

   public class SnapshotIterator<T> : IIterator<T> {private readonly T[] _snapshot;// 基于快照的迭代實現...
   }
   

3. 異常處理：處理邊界條件

   public T Next() {if(!HasNext()) throw new InvalidOperationException("No more elements");// ...
   }
   

4. 資源釋放：實現IDisposable接口

   public class FileLineIterator : IIterator<string>, IDisposable {private StreamReader _reader;public void Dispose() => _reader?.Dispose();
   }
   

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九、常見問題解決方案

Q1：如何避免遍歷時集合被修改？
→ 使用讀寫鎖或副本迭代

public class ThreadSafeIterator<T> : IIterator<T> {private ReaderWriterLockSlim _lock;// 在Next/HasNext中加讀鎖...
}

Q2：如何實現復雜條件過濾？
→ 使用組合過濾器

public class CompositeFilterIterator<T> : IIterator<T> {private List<Predicate<T>> _filters = new();public void AddFilter(Predicate<T> filter) {_filters.Add(filter);}public bool HasNext() {while(_baseIterator.HasNext()) {var item = _baseIterator.Peek();if(_filters.All(f => f(item))) return true;_baseIterator.Next();}return false;}
}

Q3：如何優化大型場景遍歷性能？
→ 實現空間分區迭代器

public class QuadTreeIterator : IIterator<GameObject> {private QuadTree _quadTree;private List<QuadTreeNode> _nodeStack = new();public bool HasNext() {while(_nodeStack.Count > 0) {var current = _nodeStack.Last();if(current.HasChildren) {// 處理子節點...} else {return current.Objects.Count > 0;}}return false;}
}

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