Java中Iterable与Iterator接口详解

2. Iterable接口

Iterable接口位于java.lang包下，它表示一个可被遍历的数据结构。该接口提供一个生成Iterator的方法。使用Iterable时无法通过索引获取元素，也无法直接获取首尾元素。

Java中所有集合类都实现了Iterable接口。

2.1 遍历Iterable

我们可以使用增强for循环（即for-each循环）遍历集合元素，但只有实现Iterable接口的对象才能用于这种语句。也可以结合Iterator和while语句遍历。

下面是用for-each遍历List的示例：

List<Integer> numbers = getNumbers();
for (Integer number : numbers) {
    System.out.println(number);
}

同样可使用forEach()配合lambda表达式：

List<Integer> numbers = getNumbers();
numbers.forEach(System.out::println);

2.2 实现Iterable接口

当需要遍历自定义数据结构时，实现Iterable接口会很有用。

创建一个表示购物车的类，内部用数组存储元素。我们不直接暴露数组给客户端遍历，而是实现Iterable接口——这样客户端代码不依赖具体数据结构，后续更换实现时无需修改客户端代码。

ShoppingCart类实现Iterable接口并重写iterator()方法：

public class ShoppingCart<E> implements Iterable<E> {

    private E[] elementData;
    private int size;

    public void add(E element) {
        ensureCapacity(size + 1);
        elementData[size++] = element;
    }

    @Override
    public Iterator<E> iterator() {
        return new ShoppingCartIterator();
    }
}

add()方法将元素存入数组，通过ensureCapacity()动态扩容。每次调用iterator()都会返回新的Iterator实例——因为迭代器需要维护当前遍历状态。

通过实现iterator()方法，就可以用增强for语句遍历该类的对象。

现在创建内部类ShoppingCartIterator：

public class ShoppingCartIterator implements Iterator<E> {
    int cursor;
    int lastReturned = -1;

    public boolean hasNext() {
        return cursor != size;
    }

    public E next() {
        return getNextElement();
    }

    private E getNextElement() {
        int current = cursor;
        exist(current);

        E[] elements = ShoppingCart.this.elementData;
        validate(elements, current);

        cursor = current + 1;
        lastReturned = current;
        return elements[lastReturned];
    }
}

最后创建实例并使用增强for循环：

ShoppingCart<Product> shoppingCart  = new ShoppingCart<>();

shoppingCart.add(new Product("Tuna", 42));
shoppingCart.add(new Product("Eggplant", 65));
shoppingCart.add(new Product("Salad", 45));
shoppingCart.add(new Product("Banana", 29));
 
for (Product product : shoppingCart) {
   System.out.println(product.getName());
}

3. Iterator接口

Iterator是Java集合框架的成员，位于java.util包。该接口允许在遍历过程中获取或移除集合元素。

它包含两个核心方法用于遍历和获取元素：next()和hasNext()。此外还有：

remove()：移除当前指向的元素
forEachRemaining(Consumer<? super E> action)：对剩余元素执行指定操作

3.1 遍历集合

下面演示如何遍历List<Integer>。我们将结合while循环、hasNext()和next()方法。

List接口继承自Collection，因此也实现了Iterable。通过调用iterator()方法获取迭代器：

List<Integer> numbers = new ArrayList<>();
numbers.add(10);
numbers.add(20);
numbers.add(30);
numbers.add(40);

Iterator<Integer> iterator = numbers.iterator();

通过hasNext()检查是否有剩余元素，再用next()获取元素：

while (iterator.hasNext()) {
   System.out.println(iterator.next());
}

踩坑提醒：next()方法返回下一个元素，若无元素会抛出NoSuchElementException。

3.2 实现Iterator接口

自定义迭代器在需要条件性遍历时很有用，例如只遍历奇数或偶数。

这里我们实现一个遍历质数的迭代器。首先创建包含数字集合的类：

class Numbers {
 
    private static final List<Integer> NUMBER_LIST =
      Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10);
}

然后实现Iterator接口：

private static class PrimeIterator implements Iterator<Integer> {

    private int cursor;

    @Override
    public Integer next() {
        exist(cursor);
        return NUMBER_LIST.get(cursor++);
    }

    @Override
    public boolean hasNext() {
        if (cursor > NUMBER_LIST.size()) {
            return false;
        }

        for (int i = cursor; i < NUMBER_LIST.size(); i++) {
            if (isPrime(NUMBER_LIST.get(i))) {
                cursor = i;
                return true;
            }
        }

        return false;
    }
}

实现要点：

通常作为内部类实现

实例变量cursor保存下一个质数的索引

每次next()调用后更新索引

**任何next()实现必须在无元素时抛出NoSuchElementException**，否则可能导致意外行为。

在Numbers类中添加获取迭代器的方法：

public static Iterator<Integer> iterator() {
    return new PrimeIterator();
}

最后在while循环中使用自定义迭代器：

Iterator<Integer> iterator = Numbers.iterator();
 
while (iterator.hasNext()) {
   System.out.println(iterator.next());
}

4. Iterable与Iterator的区别

对比维度	Iterable	Iterator
核心职责	表示可被for-each遍历的集合	提供遍历集合的能力
实现方法	需重写`iterator()`方法	需重写`hasNext()`和`next()`方法
状态维护	不存储遍历状态	存储当前遍历状态
元素移除	遍历过程中不允许移除元素	允许通过`remove()`移除当前元素

5. 总结

本文深入探讨了Java中Iterable与Iterator接口的核心差异及使用场景。关键要点：

Iterable：让集合支持for-each循环，隐藏内部实现
Iterator：提供细粒度的遍历控制，支持条件遍历和元素移除
协作关系：Iterable通过iterator()方法生成Iterator实例

简单粗暴地说：Iterable是"可遍历"的声明，Iterator是"怎么遍历"的实现。两者配合使用，既保证代码简洁性又提供遍历灵活性。

示例代码已上传至GitHub仓库。

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