Padrão Iterator

Parte da seção Object Oriented Programming do Journey de C da Coddy — lição 56 de 61.

O padrão Iterator fornece uma maneira de acessar elementos de uma coleção sequencialmente sem expor sua estrutura subjacente. Em vez de dar aos usuários acesso direto a um array, você fornece a eles um objeto que sabe como percorrer os dados um elemento por vez.

Um iterador normalmente precisa de duas informações: uma referência para a coleção e a posição atual. Em C, criamos uma struct para manter esse estado:

typedef struct {
    int* data;      // ponteiro para o array
    int size;       // número total de elementos
    int current;    // posição atual
} IntIterator;

O iterador expõe duas funções principais. has_next() verifica se há mais elementos para ler, e next() retorna o elemento atual e avança a posição:

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

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

Usar o iterador parece limpo e esconde os detalhes do array:

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

O chamador nunca precisa saber que numbers é um array ou como a indexação funciona. Essa abstração torna fácil alterar a estrutura de dados subjacente mais tarde — de um array para uma lista encadeada, por exemplo — sem alterar o código que utiliza o iterador.

Desafio

Fácil

Vamos construir um iterador NumberList — uma abstração limpa que permite percorrer uma coleção de inteiros sem expor a estrutura do array subjacente.

Você organizará seu código em três arquivos:

iterator.h: Defina uma struct IntIterator que contém um ponteiro para um array de inteiros, o tamanho total da coleção e a posição atual. Declare três funções: create_iterator (recebe um ponteiro de array e o tamanho, retorna um iterador inicializado), has_next (verifica se restam mais elementos) e next (retorna o elemento atual e avança a posição). Não se esqueça dos include guards!
iterator.c: Implemente suas funções de iterador. A função create_iterator deve retornar um IntIterator por valor com a posição atual definida como 0. A função has_next retorna 1 se houver mais elementos para ler, 0 caso contrário. A função next retorna o elemento na posição atual e, em seguida, incrementa a posição.
main.c: Leia o número de elementos e, em seguida, leia cada valor inteiro para um array. Crie um iterador para este array e use um loop while com has_next e next para percorrer e imprimir cada elemento em sua própria linha.

Seu programa receberá:

O número de elementos no array
Cada valor inteiro em uma linha separada

Use o padrão iterator para imprimir todos os elementos — nada de indexação direta de array no seu loop de percurso!

Exemplo de saída quando as entradas são 4, depois 10, 20, 30, 40:

Exemplo de saída quando as entradas são 3, depois -5, 0, 100:

-5
0
100

Exemplo de saída quando as entradas são 1, depois 42:

O iterador oculta como os dados são armazenados — seu loop principal simplesmente pergunta "há mais?" e "dê-me o próximo" sem saber nada sobre índices de array ou layout de memória.

Folha de consulta

O padrão Iterator fornece uma maneira de acessar elementos de uma coleção sequencialmente sem expor sua estrutura subjacente.

Uma struct de iterador mantém a referência da coleção, o tamanho e a posição atual:

typedef struct {
    int* data;      // ponteiro para o array
    int size;       // número total de elementos
    int current;    // posição atual
} IntIterator;

O iterador expõe duas funções principais:

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

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

O uso do iterador oculta os detalhes de implementação do array:

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

Esta abstração permite alterar a estrutura de dados subjacente sem modificar o código do cliente.

Experimente você mesmo

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

int main() {
    int n;
    scanf("%d", &n);
    
    int arr[n];
    
    // TODO: Leia n valores inteiros para dentro do array
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        scanf("%d", &arr[i]);
    }
    
    // TODO: Crie um iterator para o array
    
    // TODO: Use um loop while com has_next e next para percorrer
    // e imprimir cada elemento em sua própria linha
    // NÃO use indexação direta de array no seu loop de percurso!
    
    return 0;
}