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Java Academy · 课时

实现自定义迭代器

为简单的链表或范围结构构建自定义迭代器类

实现自定义迭代器 是 CoddyKit 上的免费 Java Academy 课时。 这是第 2 节课，共 4 节。 你可以在下方免费阅读本课时的完整内容 — 然后在浏览器中使用内置代码编辑器和全天候 AI 导师进行实践。 这是 Java Academy 学习路径的一部分，你的进度在网页和 CoddyKit 应用中同步。 Java Academy 课程共包含 4 节课。

自定义 Iterator

构建自定义迭代器可以让您完全控制遍历数据结构的方式。本课将逐步讲解如何实现链表迭代器。

Node 类

首先，为单向链表定义节点结构。

class Node<T> {
    final T value;
    Node<T> next;

    Node(T value) {
        this.value = value;
    }
}

// Building a chain: 1 -> 2 -> 3
Node<Integer> head = new Node<>(1);
head.next = new Node<>(2);
head.next.next = new Node<>(3);

实现 Iterator

创建一个实现 Iterator<T> 的内部类，并让游标指向当前节点。

import java.util.Iterator;
import java.util.NoSuchElementException;

class LinkedList<T> implements Iterable<T> {
    private Node<T> head;
    private int size;

    private class LinkedListIterator implements Iterator<T> {
        private Node<T> current = head; // cursor

        @Override
        public boolean hasNext() {
            return current != null;
        }

        @Override
        public T next() {
            if (!hasNext()) throw new NoSuchElementException();
            T value = current.value;
            current = current.next;
            return value;
        }
    }

    @Override
    public Iterator<T> iterator() {
        return new LinkedListIterator();
    }
}

addFirst 与完整的 LinkedList

添加在链表头部插入节点的功能，并查看完整的可运行类。

class LinkedList<T> implements Iterable<T> {
    private Node<T> head;
    private int size;

    public void addFirst(T value) {
        Node<T> node = new Node<>(value);
        node.next = head;
        head = node;
        size++;
    }

    public void addLast(T value) {
        Node<T> node = new Node<>(value);
        if (head == null) { head = node; }
        else {
            Node<T> curr = head;
            while (curr.next != null) curr = curr.next;
            curr.next = node;
        }
        size++;
    }

    public int size() { return size; }

    @Override
    public Iterator<T> iterator() {
        return new LinkedListIterator();
    }
}

使用自定义 Iterator

实现 Iterable 接口后，链表就可以用于增强 for 循环，也可以与 forEach 一起使用。

LinkedList<String> list = new LinkedList<>();
list.addLast("Alice");
list.addLast("Bob");
list.addLast("Charlie");

// For-each loop works!
for (String name : list) {
    System.out.println(name);
}
// Alice
// Bob
// Charlie

// Stream also works (Java 8+)
list.forEach(name -> System.out.println("Hello, " + name));

Range Iterator

一个更简单的示例：遍历数值范围的 Iterator，不依赖底层数据结构。

class IntRange implements Iterable<Integer> {
    private final int start, end, step;

    IntRange(int start, int end, int step) {
        this.start = start; this.end = end; this.step = step;
    }
    IntRange(int start, int end) { this(start, end, 1); }

    @Override
    public Iterator<Integer> iterator() {
        return new Iterator<>() {
            int current = start;
            public boolean hasNext() { return current < end; }
            public Integer next() {
                if (!hasNext()) throw new NoSuchElementException();
                int val = current;
                current += step;
                return val;
            }
        };
    }
}

for (int n : new IntRange(0, 10, 2)) System.out.print(n + " ");
// 0 2 4 6 8

树的中序 Iterator

使用显式栈实现 BST 的中序 Iterator——这展示了 Iterator 如何替代递归遍历。

import java.util.*;

class BinaryTree<T extends Comparable<T>> {
    private record TreeNode<T>(T val, TreeNode<T> left, TreeNode<T> right) {}

    private TreeNode<T> root;

    public Iterator<T> inorderIterator() {
        Deque<TreeNode<T>> stack = new ArrayDeque<>();
        pushLeft(root, stack);
        return new Iterator<>() {
            public boolean hasNext() { return !stack.isEmpty(); }
            public T next() {
                TreeNode<T> node = stack.pop();
                pushLeft(node.right(), stack);
                return node.val();
            }
        };
    }

    private void pushLeft(TreeNode<T> node, Deque<TreeNode<T>> stack) {
        while (node != null) { stack.push(node); node = node.left(); }
    }
}

惰性 Iterator

Iterator 可以惰性地生成值——只有调用 next() 时才生成。它适用于无限序列。

class FibonacciIterator implements Iterator<Long> {
    private long a = 0, b = 1;

    @Override public boolean hasNext() { return true; } // infinite!

    @Override public Long next() {
        long result = a;
        long next = a + b;
        a = b;
        b = next;
        return result;
    }
}

Iterator<Long> fib = new FibonacciIterator();
for (int i = 0; i < 10; i++) System.out.print(fib.next() + " ");
// 0 1 1 2 3 5 8 13 21 34

过滤 Iterator

一种装饰器 Iterator，它包装另一个 Iterator，并跳过不匹配谓词的元素。

import java.util.*;
import java.util.function.*;

class FilterIterator<T> implements Iterator<T> {
    private final Iterator<T> source;
    private final Predicate<T> predicate;
    private T next;
    private boolean hasNext;

    FilterIterator(Iterator<T> source, Predicate<T> predicate) {
        this.source = source; this.predicate = predicate;
        advance();
    }

    private void advance() {
        hasNext = false;
        while (source.hasNext()) {
            T candidate = source.next();
            if (predicate.test(candidate)) { next = candidate; hasNext = true; break; }
        }
    }

    public boolean hasNext() { return hasNext; }
    public T next() { T val = next; advance(); return val; }
}

List<Integer> nums = List.of(1,2,3,4,5,6,7,8,9,10);
Iterator<Integer> evens = new FilterIterator<>(nums.iterator(), n -> n % 2 == 0);
while (evens.hasNext()) System.out.print(evens.next() + " ");
// 2 4 6 8 10

Iterator 与流的集成

可以使用 Spliterators.spliteratorUnknownSize() 将自定义 Iterator 适配为流。

import java.util.*;
import java.util.stream.*;

Iterator<Integer> rangeIt = new IntRange(1, 6).iterator();

Stream<Integer> stream = StreamSupport.stream(
    Spliterators.spliteratorUnknownSize(rangeIt, Spliterator.ORDERED),
    false // not parallel
);

int sum = stream.mapToInt(Integer::intValue).sum();
System.out.println(sum); // 15

遍历期间移除元素

Iterator 的可选 remove() 方法会移除上一次调用 next() 所返回的元素——在自定义 Iterator 中必须显式实现该方法。

class MutableLinkedList<T> implements Iterable<T> {
    // ... (full implementation)

    // Iterator with remove support
    private class RemovableIterator implements Iterator<T> {
        private Node<T> prev = null;
        private Node<T> current = head;

        public boolean hasNext() { return current != null; }
        public T next() {
            prev = (prev == null) ? null : current;
            T val = current.value;
            current = current.next;
            return val;
        }

        public void remove() {
            // Remove the last returned node
            if (prev == null) head = current;
            else prev.next = current;
            size--;
        }
    }
}

Iterator 检查清单

实现自定义 Iterator 时：

  • 在调用 next() 之前始终调用 hasNext()
  • 为空时，next() 应抛出 NoSuchElementException，而不是返回 null
  • 使 Iterator 相对于集合保持无状态（不要缓存集合大小）
  • 如有需要，使用 modCount 检测并发修改

快速检查

没有更多元素时，next() 应该抛出什么？

回顾：实现自定义 Iterator

要点：

  • 实现 Iterator<T>，并提供 hasNext()、next() 和可选的 remove()
  • 在 Iterator 中维护一个字段作为游标，使其指向下一个元素
  • 当 hasNext() 为 false 时，next() 应抛出 NoSuchElementException
  • 每次调用 iterator() 都创建一个新的 Iterator 实例，以获得彼此独立的游标
  • 惰性 Iterator 按需生成值，适用于无限序列
  • 将 Iterator 包装到 StreamSupport.stream() 中，以连接到 Stream 应用程序接口

常见问题解答

「实现自定义迭代器」课时是免费的吗？

是的 — 「实现自定义迭代器」的完整文本可在网页上免费阅读。要进行交互式练习（内置代码编辑器和全天候 AI 导师）并解锁 Java Academy 课程的其余内容，请升级到 CoddyKit PRO。 Java Academy 课程共包含 4 节课。

「实现自定义迭代器」这节课中我会学到什么？

为简单的链表或范围结构构建自定义迭代器类 你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 Java Academy，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。

学习 Java Academy 需要有经验吗？

无需任何先前经验。CoddyKit 上的 Java Academy 课程适合初学者到高级学习者，你可以从这里开始或从头开始，按照自己的节奏学习。 这是第 2 节课，共 4 节。

「实现自定义迭代器」课时需要多长时间？

大多数 CoddyKit 课程大约需要 5–10 分钟。每节课都很精短且互动，所以你能稳步进步，并在网页和应用中从离开的地方继续。

我能在这节 Java Academy 课中编写并运行代码吗？

能。每节 Java Academy 课都包含内置代码编辑器，你可以在浏览器中直接编写并运行真实代码，并获得即时 AI 反馈 — 无需本地设置。

此课程中的所有课时

  1. Iterable 与 Iterator 契约
  2. 实现自定义迭代器
  3. ListIterator 与双向遍历
  4. 快速失败与安全失败迭代器
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