🔄 迭代器模式（Iterator Pattern）深度解析

——以Unity实现高效集合遍历与动态场景管理为核心案例

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一、模式本质与核心价值

核心目标：
✅ 统一集合遍历接口，无需暴露内部数据结构
✅ 支持多种遍历方式（顺序、逆序、过滤等）
✅ 解耦集合结构与遍历算法，提升代码扩展性

关键术语：

• Iterator（迭代器接口）：定义遍历操作（Next、HasNext等）
• ConcreteIterator（具体迭代器）：实现特定遍历逻辑
• Aggregate（聚合接口）：定义创建迭代器的方法
• ConcreteAggregate（具体聚合）：实现集合数据结构

数学表达：
设集合C有元素{e₁, e₂, …, eₙ}，迭代器I满足：
I© → e₁ → e₂ → … → eₙ

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二、经典UML结构

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三、Unity实战代码（背包系统遍历）

1. 定义迭代器与聚合接口

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. 实现具体聚合类（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. 实现具体迭代器

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. 客户端使用

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; // 分帧显示避免卡顿}}
}

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四、模式进阶技巧

1. 过滤迭代器（按类型遍历）

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. 协程分帧遍历

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; // 每帧处理一个元素}}
}// 使用示例
StartCoroutine(_inventory.CreateIterator().CoIterate(item => {// 处理每个物品
}));

3. 双向迭代器

public interface IBidirectionalIterator<T> : IIterator<T> {bool HasPrevious();T Previous();
}public class InventoryBidirectionalIterator : IBidirectionalIterator<Item> {// 实现前后遍历逻辑
}

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五、游戏开发典型应用场景

1. 场景对象管理

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

2. 技能效果链

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

3. AI决策评估

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

4. 动态生成系统

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

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六、性能优化策略

策略	实现方式	适用场景
批处理迭代	每次处理多个元素	大规模数据集
缓存迭代器	复用迭代器实例	频繁遍历操作
惰性求值	需要时再计算元素	复杂对象集合
空间分区	结合四叉树/八叉树	3D场景遍历

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七、模式对比与选择

维度	迭代器模式	访问者模式
关注点	遍历机制	数据操作
扩展性	新增迭代方式	新增操作类型
数据结构耦合	低耦合	需要接受访问者接口
典型场景	集合遍历	复杂数据结构操作

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八、最佳实践原则

1. 单一职责原则：迭代器只关注遍历逻辑
2. 不可变快照：在迭代过程中防止集合修改

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

3. 异常处理：处理边界条件

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

4. 资源释放：实现IDisposable接口

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

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九、常见问题解决方案

Q1：如何避免遍历时集合被修改？
→ 使用读写锁或副本迭代

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

Q2：如何实现复杂条件过滤？
→ 使用组合过滤器

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：如何优化大型场景遍历性能？
→ 实现空间分区迭代器

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) {// 处理子节点...} else {return current.Objects.Count > 0;}}return false;}
}

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