نمط المكرر

جزء من قسم البرمجة كائنية التوجه في رحلة Java على Coddy. الدرس 76 من 87.

نمط المُكرِّر هو نمط تصميم سلوكي يوفّر طريقة للوصول إلى عناصر مجموعة بالتتابع دون كشف بنيتها الداخلية. سواء كنت تعمل باستخدام مصفوفة أو قائمة مترابطة أو شجرة، يوفّر لك المُكرِّر طريقة موحّدة لاجتياز العناصر.

يفصل هذا النمط منطق التنقّل عن المجموعة نفسها. ويتضمن مكوّنين رئيسيين: واجهة Iterator التي تحدد أساليب للتنقّل بين العناصر، وواجهة Iterable (أو Aggregate) التي تنشئ مكرّرات لمجموعتها:

interface Iterator<T> {
    boolean hasNext();
    T next();
}

interface Container<T> {
    Iterator<T> createIterator();
}

class BookShelf implements Container<String> {
    private String[] books;
    private int count = 0;
    
    public BookShelf(int size) {
        books = new String[size];
    }
    
    public void addBook(String book) {
        books[count++] = book;
    }
    
    public Iterator<String> createIterator() {
        return new BookIterator();
    }
    
    private class BookIterator implements Iterator<String> {
        private int index = 0;
        
        public boolean hasNext() {
            return index < count;
        }
        
        public String next() {
            return books[index++];
        }
    }
}

يحتفظ المكرّر بحالة الاجتياز الخاصة به، ما يسمح لعدة مكرّرات باجتياز المجموعة نفسها بشكل مستقل. ويستخدم العملاء المكرّر دون معرفة كيفية تخزين المجموعة لبياناتها:

BookShelf shelf = new BookShelf(3);
shelf.addBook("Design Patterns");
shelf.addBook("Clean Code");

Iterator<String> iterator = shelf.createIterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
}

تتبع الواجهتان المضمنّتان Iterable وIterator في Java هذا النمط نفسه تمامًا، ولهذا يمكنك استخدام حلقات for المحسّنة مع أي فئة تنفّذ Iterable. يُعد نمط المكرّر أساسيًا عندما تحتاج إلى توفير طرق متعددة لاجتياز العناصر أو إخفاء البُنى الداخلية المعقدة عن شيفرة العميل.

التحدي

سهل

لنبنِ نظام قائمة تشغيل باستخدام نمط المكرّر! ستنشئ قائمة تشغيل موسيقية تخزّن الأغاني وتوفّر مكرّرًا مخصّصًا للتنقّل بينها بالتسلسل، دون الكشف عن كيفية تخزين الأغاني داخليًا. يُعدّ هذا مثالًا مثاليًا لاستخدام نمط المكرّر، إذ يتيح للمستخدمين التنقّل في مجموعتك عبر واجهة واضحة وموحّدة.

ستنظّم التعليمات البرمجية عبر أربعة ملفات:

Iterator.java: عرّف واجهة Iterator<T> عامة تتضمّن طريقتين: hasNext() التي تُعيد قيمة منطقية تشير إلى وجود عناصر أخرى، وnext() التي تُعيد العنصر التالي من النوع T.
Playlist.java: أنشئ الصنف التجميعي الذي يحتفظ بأغانيك. ينبغي أن يخزّن Playlist الأغاني في مصفوفة String ذات سعة ثابتة (تُمرَّر إلى المُنشئ)، وأن يتتبّع عدد الأغاني التي أُضيفت. أضف طريقة addSong(String song) لإضافة الأغاني إلى قائمة التشغيل.
تحتاج Playlist إلى طريقة createIterator() تُعيد Iterator<String>. نفّذ ذلك بإنشاء صنف داخلي خاص يُسمّى PlaylistIterator ويطبّق واجهة Iterator. يحتفظ هذا المكرّر الداخلي بموضع فهرس خاص به، ويتنقّل عبر مصفوفة الأغاني، مع إعادة كل أغنية بالترتيب.
Song.java: أنشئ صنفًا بسيطًا باسم Song يغلّف عنوان أغنية. يجب أن يحتوي على مُنشئ يستقبل العنوان (String)، وطريقة getTitle()، وطريقة toString() تُعيد Playing: [title].
Main.java: اجمع نظام المكرّر معًا! ستتلقى مُدخلًا واحدًا: قائمة بعناوين الأغاني مفصولة بفواصل (على سبيل المثال: Bohemian Rhapsody,Stairway to Heaven,Hotel California).
أنشئ Playlist بسعة 10 أغانٍ. حلّل المُدخل وأضف كل عنوان أغنية إلى قائمة التشغيل. ثم احصل على مكرّر من قائمة التشغيل واستخدمه للتنقّل عبر جميع الأغاني، مع طباعة كل أغنية مغلّفة في كائن Song (والذي سيُعرَض بالشكل Playing: [title]).

بعد التنقّل عبر جميع الأغاني، اطبع Playlist complete! في سطر جديد.

ستتلقى مُدخلًا واحدًا: سلسلة من عناوين الأغاني مفصولة بفواصل.

على سبيل المثال، إذا كان المُدخل Yesterday,Imagine,Let It Be، فسيكون الناتج:

Playing: Yesterday
Playing: Imagine
Playing: Let It Be
Playlist complete!

لاحظ كيف يستخدم صنف Main طريقتَي hasNext() وnext() الخاصتين بالمكرّر للتنقّل في قائمة التشغيل دون معرفة أي شيء عن بنية المصفوفة الأساسية. يغلّف المكرّر منطق التنقّل بالكامل، ويُبقي التمثيل الداخلي للمجموعة مخفيًا عن تعليمات العميل البرمجية!

جرّب بنفسك

import java.util.Scanner;

class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        String input = scanner.nextLine();
        
        // TODO: أنشئ Playlist بسعة 10 أغانٍ
        
        // TODO: حلّل المدخلات (المفصولة بفواصل) وأضف عنوان كل أغنية إلى قائمة التشغيل
        
        // TODO: احصل على مكرّر من قائمة التشغيل باستخدام createIterator()
        
        // TODO: استخدم المكرّر للمرور على جميع الأغاني
        // لكل أغنية، ضعها في كائن Song واطبعها
        
        // TODO: اطبع "Playlist complete!" بعد المرور على جميع الأغاني
    }
}