디자인 패턴 시리즈 13: 반복자 패턴 (Iterator Pattern)

반복자 패턴(Iterator Pattern)은 컬렉션(Collection)의 내부 표현을 노출하지 않고도, 컬렉션의 요소들에 하나씩 접근할 수 있도록 해주는 행위(Behavioral) 패턴이다.
이를 통해 반복 작업을 수행하는 코드를 캡슐화하여, 컬렉션 객체와 별개로 요소를 순회하는 방법을 제공한다.

반복자 패턴의 필요성

컬렉션 데이터를 순회해야 하는 경우, 이를 직접 구현하면 컬렉션 구조가 변경될 때마다 관련 코드가 수정되어야 하는 문제가 발생할 수 있다.
반복자 패턴은 이러한 문제를 해결하기 위해 다음과 같은 이점을 제공한다:

1. 내부 구조 캡슐화: 컬렉션의 내부 구현을 감추고도 요소를 순회할 수 있다.
2. 단일 책임 원칙(SRP): 컬렉션의 데이터 저장과 순회 방식을 분리하여, 각 책임을 단순화한다.
3. 호환성 유지: 컬렉션의 구현에 의존하지 않으므로, 다른 종류의 컬렉션에서도 동일한 방식으로 요소를 순회할 수 있다.

예시: 다양한 데이터 구조의 순회

예를 들어, 리스트(List), 집합(Set), 스택(Stack) 등 여러 형태의 데이터 구조를 처리하는 프로그램에서 반복자 패턴을 사용하면,
컬렉션의 종류와 상관없이 동일한 방식으로 데이터 구조를 순회할 수 있다.

반복자 패턴의 구조

1. Iterator (반복자 인터페이스): 순회에 필요한 메서드를 정의한다.
2. ConcreteIterator (구체적인 반복자): Iterator 인터페이스를 구현하여, 실제 데이터 구조의 요소를 순회하는 방법을 제공한다.
3. Aggregate (컬렉션 인터페이스): 컬렉션을 나타내며, 반복자를 반환하는 메서드를 정의한다.
4. ConcreteAggregate (구체적인 컬렉션): Aggregate 인터페이스를 구현하여, 반복자를 생성하고 데이터 구조를 관리한다.

구조 다이어그램

  Aggregate                   Iterator
      +                          +
      |                          |
ConcreteAggregate         ConcreteIterator
      +                          +
      +--------------------------+
               Collection

반복자 패턴 동작 순서

1. Aggregate는 Iterator 객체를 생성하여 반환한다.
2. Iterator는 컬렉션 요소에 순차적으로 접근할 수 있는 메서드를 제공한다.
3. 클라이언트는 Iterator를 사용하여 컬렉션의 내부 구현을 알지 못해도, 요소를 순회할 수 있다.

반복자 패턴 예시 (Iterator Pattern)

다음 예시에서는 간단한 숫자 리스트를 순회하는 반복자 패턴을 Java로 구현해 보겠다.

Java로 반복자 패턴 구현하기

// Iterator 인터페이스
interface Iterator {
    boolean hasNext();
    int next();
}

// ConcreteIterator 클래스
class NumberIterator implements Iterator {
    private int[] numbers;
    private int position = 0;

    public NumberIterator(int[] numbers) {
        this.numbers = numbers;
    }

    @Override
    public boolean hasNext() {
        return position < numbers.length;
    }

    @Override
    public int next() {
        if (!hasNext()) {
            throw new IllegalStateException("더 이상 요소가 없습니다.");
        }
        return numbers[position++];
    }
}

// Aggregate 인터페이스
interface Collection {
    Iterator createIterator();
}

// ConcreteAggregate 클래스
class NumberCollection implements Collection {
    private int[] numbers;

    public NumberCollection(int[] numbers) {
        this.numbers = numbers;
    }

    @Override
    public Iterator createIterator() {
        return new NumberIterator(numbers);
    }
}

// 클라이언트 코드
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
        Collection numberCollection = new NumberCollection(numbers);
        Iterator iterator = numberCollection.createIterator();

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

코드 설명

1. Iterator: 컬렉션 요소를 순회하기 위한 메서드인 hasNext()와 next()를 정의한다.
2. NumberIterator: Iterator를 구현하여, 숫자 배열의 각 요소를 순회하는 기능을 제공한다.
3. Collection: 반복자를 반환하는 createIterator() 메서드를 정의한다.
4. NumberCollection: Collection을 구현하며, 구체적인 데이터 구조와 반복자를 관리한다.

출력 결과

1
2
3
4
5

반복자 패턴의 장점

1. 컬렉션 구조 변경의 영향 최소화: 컬렉션의 내부 구현이 변경되어도, 클라이언트 코드는 영향을 받지 않는다.
2. 단일 책임 원칙 준수: 데이터 저장과 순회 논리를 분리하여, 코드의 가독성과 유지보수성을 향상시킨다.
3. 일관된 순회 인터페이스: 다양한 데이터 구조에서 동일한 순회 방식을 사용할 수 있다.

반복자 패턴의 단점

1. 성능 저하 가능성: 요소 접근 방식이 간접적이므로, 직접 접근보다 성능이 떨어질 수 있다.
2. 복잡성 증가: 단순한 데이터 구조에서는 불필요하게 복잡한 구조를 도입할 수 있다.

마무리

반복자 패턴(Iterator Pattern)은 컬렉션 요소를 순회하는 코드를 캡슐화하여, 데이터 구조와 독립적인 순회 방식을 제공한다.
이 패턴을 활용하면 데이터 구조와 순회 방식을 분리하여 유연성을 높일 수 있으며, 다양한 데이터 구조를 일관되게 처리할 수 있다.

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