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반복자 패턴

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목차

1. 개요

반복자 패턴은 내부 표현을 노출하지 않고 집합 객체의 요소에 순차적으로 접근하는 방법을 제공하는 디자인 패턴이다. 집합 유형에 관계없이 동일한 순차 접근 방법을 제공하며, 집합은 반복자 객체를 생성하기 위한 인터페이스를 정의하고, 반복자는 요소에 접근하고 순회할 수 있는 인터페이스를 정의한다. 반복자 패턴은 집합 객체에 접근하고 순회하는 것을 캡슐화하는 별도의 객체를 정의하여, 클라이언트가 집합체의 표현을 알지 못한 채 반복자를 사용하여 집합체에 접근하고 순회하도록 한다. 반복자 패턴은 C++, C# 등 다양한 프로그래밍 언어에서 구현된다.

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반복자 패턴

2. 정의

반복자 디자인 패턴은 유연하고 재사용 가능한 객체 지향 소프트웨어를 설계하기 위해 반복되는 디자인 문제를 해결하는 방법이다. 즉, 객체를 구현, 변경, 테스트, 재사용하기 쉽게 만드는 방법을 제시하는, 잘 알려진 23가지 GoF 디자인 패턴 중 하나이다.[6]

반복자 패턴의 핵심은 "내부 표현을 노출하지 않고 집합 객체의 요소에 순차적으로 접근하는 방법을 제공하는 것"이다.[3] 다시 말해, 집합 유형에 관계없이 동일한 순차 접근 방법을 제공한다. 여기서 집합(Aggregate)은 반복자 객체를 생성하기 위한 인터페이스를 정의하고, 반복자(Iterator)는 요소에 접근하고 순회할 수 있는 인터페이스를 정의한다.[7]

집합 객체의 요소는 표현(데이터 구조)을 노출하지 않고 접근하고 순회해야 한다. 또한, 집합 객체의 인터페이스를 변경하지 않고 새로운 순회 연산을 정의할 수 있어야 한다. 집합 인터페이스에서 접근 및 순회 연산을 정의하는 것은 집합을 특정 접근 및 순회 연산에 고정시키고, 집합 인터페이스를 변경하지 않고는 나중에 새로운 연산을 추가하는 것을 불가능하게 만들기 때문에 유연하지 않다.


  • 집합 객체에 접근하고 순회하는 것을 캡슐화하는 별도의 (반복자) 객체를 정의한다.
  • 클라이언트는 집합체의 표현(데이터 구조)을 알지 못한 채 반복자를 사용하여 집합체에 접근하고 순회한다.


다양한 반복자를 사용하여 집합체에 다양한 방식으로 접근하고 순회할 수 있으며, 새로운 반복자를 정의하여 새로운 접근 및 순회 연산을 독립적으로 정의할 수 있다.

3. 구조

반복자 패턴의 클래스 다이어그램은 다음과 같다.[4]

UML 클래스 다이어그램에서, 추상 클래스 Aggregate는 Iterator를 생성하기 위한 연산 iterator()를 구현한다. Iterator는 연산 next(), hasNext()를 구현한다. 클래스 ConcreteAggregate는 Aggregate를 상속한다. ConcreteAggregate는 ConcreteIterator를 생성한다. ConcreteIterator는 Iterator를 상속하며, ConcreteAggregate를 속성으로 갖는다.

3. 1. UML 클래스 및 시퀀스 다이어그램

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위의 UML 클래스 다이어그램에서, `Client` 클래스는 (1) `Iterator` 객체를 생성하기 위해 `Aggregate` 인터페이스를 참조하고 (createIterator|크리에이트 이터레이터영어) (2) `Aggregate` 객체를 순회하기 위해 `Iterator` 인터페이스를 참조한다 (next|넥스트영어, hasNext|해즈 넥스트영어).

`Iterator1` 클래스는 `Aggregate1` 클래스에 접근하여 `Iterator` 인터페이스를 구현한다.

UML 시퀀스 다이어그램은 런타임 상호 작용을 보여준다: `Client` 객체는 `Aggregate1` 객체에서 createIterator|크리에이트 이터레이터영어를 호출하며, 이는 `Iterator1` 객체를 생성하여 `Client`에게 반환한다.

그런 다음 `Client`는 `Iterator1`을 사용하여 `Aggregate1` 객체의 요소를 순회한다.

반복자 패턴의 클래스 다이어그램은 다음과 같다.

3. 2. UML 클래스 다이어그램

추상 클래스 Aggregate는 Iterator를 생성하기 위한 연산 iterator()를 구현한다. Iterator는 연산 next(), hasNext()를 구현한다. 클래스 ConcreteAggregate는 Aggregate를 상속한다. ConcreteAggregate는 ConcreteIterator를 생성한다. ConcreteIterator는 Iterator를 상속하며, ConcreteAggregate를 속성으로 갖는다.

4. 언어별 구현체

C#과 C++(C++)은 반복자 패턴 구현을 위한 구문을 표준화한 대표적인 예시이다. C#에서는 `foreach` 문을 사용하여 반복자를 쉽게 구현할 수 있다. C++는 포인터 의미를 가진 반복자를 구현하여 포인터와 거의 유사하게 작동하는 반복자를 만들 수 있다.[5]

4. 1. C#

C#에서는 `foreach` 문을 사용하여 반복자 패턴을 쉽게 구현할 수 있다. 다음은 `foreach` 문을 사용한 예시이다.

```csharp

var primes = new List{ 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19};

long m = 1;

foreach (var p in primes)

m *= p;

4. 2. C++

C++(C++)는 해당 언어의 포인터 의미를 가진 반복자를 구현한다. C++에서 클래스는 모든 포인터 연산을 오버로드할 수 있으므로 역참조, 증가 및 감소를 포함하여 포인터와 거의 유사하게 작동하는 반복자를 구현할 수 있다. 이는 `std::sort`와 같은 C++ 알고리즘을 일반 메모리 버퍼에 즉시 적용할 수 있고, 새로운 구문을 배울 필요가 없다는 장점이 있다. 그러나 반복자가 끝에 도달했음을 알 수 있도록 하는 대신, 동일성을 테스트하기 위해 "end" 반복자가 필요하다. C++ 언어에서 우리는 반복자가 반복자 개념을 모델링한다고 말한다.[5]

C++11 구현은 "Generalizing vector yet again" 장을 기반으로 한다.[5]

5. 한국에서의 활용

반복자 패턴은 한국의 다양한 소프트웨어 개발 환경에서 활용되고 있다. 특히, 대규모 데이터 처리, 복잡한 객체 구조 관리 등에서 그 유용성이 두드러진다. 한국의 개발자들은 반복자 패턴을 활용하여 코드의 재사용성을 높이고, 유지보수를 용이하게 하며, 시스템의 유연성을 확보하는 데 기여하고 있다.

참조

[1] 서적 Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software https://archive.org/[...] Addison Wesley
[2] 웹사이트 The Iterator design pattern - Problem, Solution, and Applicability http://w3sdesign.com[...] 2017-08-12
[3] 문서 Gang Of Four
[4] 웹사이트 The Iterator design pattern - Structure and Collaboration http://w3sdesign.com[...] 2017-08-12
[5] 서적 Programming: Principles and Practice using C++ Addison Wesley
[6] 서적 Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software Addison Wesley
[7] 문서 Gang Of Four
[8] 웹인용 The Iterator design pattern - Structure and Collaboration http://w3sdesign.com[...] 2017-08-12


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