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C++迭代器模式怎样支持多种遍历 深度优先与广度优先实现

P粉602998670
发布: 2025-07-06 08:57:01
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迭代器模式通过将遍历逻辑封装到独立的迭代器类中,使同一容器支持多种遍历方式。1. 定义统一接口iterator,包含hasnext()和next()方法;2. 实现dfsiterator使用栈实现深度优先遍历;3. 实现bfsiterator使用队列实现广度优先遍历;4. 容器类tree根据参数返回对应的迭代器实例;5. 用户通过统一接口操作不同遍历方式,无需关心内部实现细节。这种方式提高了代码可扩展性和维护性,同时降低了容器与遍历逻辑的耦合度。

C++迭代器模式怎样支持多种遍历 深度优先与广度优先实现

在C++中,迭代器模式支持多种遍历方式(比如深度优先和广度优先),关键在于将不同的遍历逻辑封装到不同的迭代器类中。这样做的好处是使用者不需要关心底层结构如何遍历,只需要通过统一的接口操作即可。

C++迭代器模式怎样支持多种遍历 深度优先与广度优先实现

下面我们就来看看,怎么用迭代器来实现这两种常见的遍历方式。

C++迭代器模式怎样支持多种遍历 深度优先与广度优先实现

什么是迭代器模式

迭代器模式的核心思想是将遍历逻辑从容器中抽离出来,交给专门的迭代器对象处理。这样做的优势在于:

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  • 容器不负责具体遍历方式
  • 同一个容器可以有多个不同行为的迭代器
  • 遍历逻辑可扩展、易维护

在C++中,我们通常定义一个公共的迭代器基类或接口(如Iterator),然后为每种遍历方式提供具体实现(如DFSIterator, BFSIterator)。

C++迭代器模式怎样支持多种遍历 深度优先与广度优先实现

如何设计支持多种遍历的迭代器接口

为了支持深度优先(DFS)和广度优先(BFS),我们需要先设计一个通用的迭代器接口。基本功能包括:

class Iterator {
public:
    virtual bool hasNext() = 0;
    virtual int next() = 0;
};
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然后针对不同遍历策略分别实现:

深度优先遍历(DFS)

适用于树形结构,比如二叉树。可以用栈来模拟递归:

class DFSIterator : public Iterator {
private:
    std::stack<Node*> stack_;
public:
    DFSIterator(Node* root) {
        if (root) stack_.push(root);
    }

    bool hasNext() override {
        return !stack_.empty();
    }

    int next() override {
        Node* node = stack_.top();
        stack_.pop();
        // 假设是二叉树,先压右后压左,保证左子树先访问
        if (node->right) stack_.push(node->right);
        if (node->left) stack_.push(node->left);
        return node->value;
    }
};
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广度优先遍历(BFS)

适用于图或者树的层序遍历,通常使用队列实现:

class BFSIterator : public Iterator {
private:
    std::queue<Node*> queue_;
public:
    BFSIterator(Node* root) {
        if (root) queue_.push(root);
    }

    bool hasNext() override {
        return !queue_.empty();
    }

    int next() override {
        Node* node = queue.front();
        queue.pop();
        // 将子节点加入队列(如果是图,要加访问标记)
        for (Node* child : node->children) {
            if (child) queue_.push(child);
        }
        return node->value;
    }
};
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这两个类都实现了相同的接口,但内部遍历顺序完全不同。


怎样在容器中选择不同的迭代器

假设我们有一个树结构的容器类,我们可以根据需要返回不同的迭代器实例:

class Tree {
private:
    Node* root_;
public:
    Tree(Node* root) : root_(root) {}

    std::unique_ptr<Iterator> createIterator(const std::string& type) {
        if (type == "dfs") {
            return std::make_unique<DFSIterator>(root_);
        } else if (type == "bfs") {
            return std::make_unique<BFSIterator>(root_);
        }
        return nullptr;
    }
};
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用户使用时:

Tree tree(root);
auto it = tree.createIterator("dfs");
while (it->hasNext()) {
    std::cout << it->next() << " ";
}
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实现细节上的几个注意事项

  • 如果是图结构,做BFS/DFS时记得记录已访问节点,防止重复访问。
  • 迭代器最好用智能指针管理生命周期,避免内存泄漏。
  • 接口设计尽量保持简单,只暴露hasNext()和next()两个方法。
  • 可以考虑用模板泛化支持不同类型的数据结构。

基本上就这些了。用迭代器支持多种遍历方式其实并不复杂,但需要注意把遍历逻辑和数据结构分离清楚,才能真正发挥出模式的优势。

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