Iterator-Muster

Teil des Abschnitts Objektorientierte Programmierung der C-Journey von Coddy. Lektion 56 von 61.

Das Iterator-Muster bietet eine Möglichkeit, sequenziell auf Elemente einer Sammlung zuzugreifen, ohne ihre zugrunde liegende Struktur offenzulegen. Anstatt Benutzern direkten Zugriff auf ein Array zu geben, gibst du ihnen ein Objekt, das weiß, wie es die Daten Element für Element durchläuft.

Ein Iterator benötigt typischerweise zwei Informationen: eine Referenz auf die Sammlung und die aktuelle Position. In C erstellen wir eine Struktur, um diesen Zustand zu speichern:

typedef struct {
    int* data;      // Zeiger auf das Array
    int size;       // Gesamtzahl der Elemente
    int current;    // aktuelle Position
} IntIterator;

Der Iterator stellt zwei wichtige Funktionen bereit. has_next() prüft, ob noch weitere Elemente zu lesen sind, und next() gibt das aktuelle Element zurück und rückt die Position vor:

int has_next(IntIterator* it) {
    return it->current < it->size;
}

int next(IntIterator* it) {
    return it->data[it->current++];
}

Die Verwendung des Iterators sieht übersichtlich aus und verbirgt die Details des Arrays:

IntIterator it = create_iterator(numbers, 5);
while (has_next(&it)) {
    printf("%d\n", next(&it));
}

Der Aufrufer muss nie wissen, dass numbers ein Array ist oder wie die Indizierung funktioniert. Diese Abstraktion macht es einfach, die zugrunde liegende Datenstruktur später beispielsweise von einem Array in eine verkettete Liste zu ändern, ohne den Code zu ändern, der den Iterator verwendet.

Aufgabe

Einfach

Erstellen wir einen NumberList-Iterator: eine klare Abstraktion, mit der du eine Sammlung von Ganzzahlen durchlaufen kannst, ohne die zugrunde liegende Array-Struktur offenzulegen.

Du organisierst deinen Code über drei Dateien:

iterator.h: Definiere eine IntIterator-Struktur, die einen Zeiger auf ein Ganzzahl-Array, die Gesamtgröße der Sammlung und die aktuelle Position enthält. Deklariere drei Funktionen: create_iterator (nimmt einen Array-Zeiger und die Größe entgegen und gibt einen initialisierten Iterator zurück), has_next (prüft, ob weitere Elemente vorhanden sind) und next (gibt das aktuelle Element zurück und rückt die Position vor). Vergiss die Include-Guards nicht!
iterator.c: Implementiere deine Iteratorfunktionen. Die Funktion create_iterator sollte einen IntIterator als Wert zurückgeben, wobei die aktuelle Position auf 0 gesetzt ist. Die Funktion has_next gibt 1 zurück, wenn weitere Elemente gelesen werden können, andernfalls 0. Die Funktion next gibt das Element an der aktuellen Position zurück und erhöht anschließend die Position.
main.c: Lies die Anzahl der Elemente ein und lies anschließend jeden Ganzzahlwert in ein Array ein. Erstelle einen Iterator für dieses Array und verwende dann eine while-Schleife mit has_next und next, um jedes Element zu durchlaufen und in einer eigenen Zeile auszugeben.

Dein Programm erhält:

Die Anzahl der Elemente im Array
Jeden Ganzzahlwert in einer eigenen Zeile

Verwende das Iterator-Muster, um alle Elemente auszugeben: keine direkte Array-Indizierung in deiner Durchlaufschleife!

Beispielausgabe bei den Eingaben 4, dann 10, 20, 30, 40:

Beispielausgabe bei den Eingaben 3, dann -5, 0, 100:

-5
0
100

Beispielausgabe bei den Eingaben 1, dann 42:

Der Iterator verbirgt, wie die Daten gespeichert werden. Deine Hauptschleife fragt einfach „gibt es weitere?“ und „gib mir das nächste“, ohne etwas über Array-Indizes oder das Speicherlayout wissen zu müssen.

Probier es selbst

#include <stdio.h>
#include "iterator.h"

int main() {
    int n;
    scanf("%d", &n);
    
    int arr[n];
    
    // TODO: Lese n Ganzzahlwerte in das Array ein
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        scanf("%d", &arr[i]);
    }
    
    // TODO: Erstelle einen Iterator für das Array
    
    // TODO: Verwende eine while-Schleife mit has_next und next zum Durchlaufen
    // und gib jedes Element in einer eigenen Zeile aus
    // Verwende KEINE direkte Array-Indizierung in deiner Durchlaufschleife!
    
    return 0;
}