Iterable 與 Iterator：遍歷集合

1. Iterable 介面

在 Java 中，幾乎所有集合（除了 Map）都實作了介面 Iterable。這表示你可以依序遍歷它們——一個元素接著一個元素，而不必深入其內部結構的細節。對程式設計師而言，這就像是「集合自帶一種走訪所有元素的方式」。

介面 Iterable 只定義了一個方法：

Iterator<E> iterator();

方法 iterator() 會回傳一個型別為 Iterator 的物件——一個知道如何一步一步走遍集合的「助手」。因此，熟悉的 for-each 迴圈才能運作：

for (ElementType e : collection) {
    // ...
}

其背後正是那個 Iterator 在運作。額外好處：透過它可以在遍歷期間安全地用 remove() 刪除元素。若用一般遍歷直接刪除，很容易遇到 ConcurrentModificationException。

2. Iterator 介面

Iterator 就像一位「快遞員」，能沿著你的集合前進，不遺漏元素，並遵守其既定的遍歷順序。

boolean hasNext()

E next()

void remove()

透過 Iterator 遍歷集合的範例

import java.util.*;

public class IteratorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> tasks = new ArrayList<>();
        tasks.add("撫摸貓咪");
        tasks.add("做功課");
        tasks.add("看影集");

        Iterator<String> it = tasks.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            String task = it.next();
            System.out.println("任務： " + task);
        }
    }
}

這裡發生了什麼？

• 透過 tasks.iterator() 取得迭代器。
• 只要還有下一個元素（hasNext() 回傳 true），就透過 next() 取得並輸出它。
• Iterator 會自行維持遍歷順序——你不需要知道集合在內部如何存放元素。

3. 既然有各種迴圈，為什麼還需要 Iterator？

使用 Iterator 可以遍歷任何集合，即使它沒有索引（例如，Set）。這是一種不依賴具體集合型別的通用方式。

安全地刪除元素

常見任務：遍歷集合並刪除某些元素。若用 for-each 這麼做，可能會出錯：

for (String task : tasks) {
    if (task.contains("貓")) {
        tasks.remove(task); // 砰！ConcurrentModificationException
    }
}

為什麼會這樣？ 集合並不預期在由迭代器發起的遍歷過程中，還會被直接修改其結構。

正確作法：

Iterator<String> it = tasks.iterator();
while (it.hasNext()) {
    String task = it.next();
    if (task.contains("貓")) {
        it.remove(); // 一切都會很順利！
    }
}

為什麼不能只用索引？

因為不是所有集合都有索引。比方說，HashSet 或 TreeSet 就沒有所謂「第五個元素」這種概念。Iterator 總是能運作——這就是它的強項。

4. 關於 for-each 的細節

增強型 for（for-each）在 Java 5 就已出現。它本質上是語法糖，讓你能以最簡單的方式遍歷元素：

for (String task : tasks) {
    System.out.println("任務： " + task);
}

在底層，編譯器會呼叫 iterator()，透過 hasNext() 檢查元素，再用 next() 取出它們。從語意上幾乎就像一句人話：「對於清單中的每一個任務」。

什麼時候不適合用 for-each？

• 需要在遍歷期間刪除元素（for-each 無法直接呼叫 remove()）。
• 需要存取索引，例如想依位置替換元素。
• 你在操作 Map——它是「鍵-值」配對，遍歷需要專屬的做法。

5. 遍歷 Map：技巧與細節

介面 Map 並未直接實作 Iterable，因為它是「鍵-值」配對的集合。不過，Map 提供了便於遍歷的多種視圖。

按鍵遍歷

Map<String, String> users = new HashMap<>();
users.put("vasya", "vasya@example.com");
users.put("petya", "petya@gmail.com");

for (String login : users.keySet()) {
    System.out.println("帳號: " + login);
}

按值遍歷

for (String email : users.values()) {
    System.out.println("Email: " + email);
}

按配對（鍵-值）遍歷

最通用的方式——遍歷 entrySet()：

for (Map.Entry<String, String> entry : users.entrySet()) {
    System.out.println("帳號: " + entry.getKey() + ", Email: " + entry.getValue());
}

有趣的事實： Entry 是 Map 的內部介面，提供 getKey() 與 getValue() 方法。這樣你就能同時取得配對的兩個部分。

透過 Iterator 遍歷

Iterator<Map.Entry<String, String>> it = users.entrySet().iterator();
while (it.hasNext()) {
    Map.Entry<String, String> entry = it.next();
    // 甚至可以安全刪除元素：
    if (entry.getKey().startsWith("v")) {
        it.remove();
    }
}

6. 真實情境：遍歷集合如何幫助你的應用程式

範例：列出使用者的所有任務

List<String> tasks = new ArrayList<>();
tasks.add("做功課");
tasks.add("撫摸貓咪");
tasks.add("看影集");

System.out.println("您今天的任務：");
for (String task : tasks) {
    System.out.println("- " + task);
}

現在刪除所有包含 "貓" 這個字的任務：

Iterator<String> it = tasks.iterator();
while (it.hasNext()) {
    String task = it.next();
    if (task.contains("貓")) {
        it.remove();
    }
}
System.out.println("剩下的任務：");
for (String task : tasks) {
    System.out.println("- " + task);
}

範例：透過 Set 遍歷唯一的登入帳號

Set<String> logins = new HashSet<>();
logins.add("vasya");
logins.add("petya");
logins.add("masha");

for (String login : logins) {
    System.out.println("使用者： " + login);
}

請注意：Set 的輸出順序可能是任意的！

範例：遍歷 Map 來顯示使用者

Map<String, String> users = new HashMap<>();
users.put("vasya", "vasya@example.com");
users.put("petya", "petya@gmail.com");

for (Map.Entry<String, String> entry : users.entrySet()) {
    System.out.println("帳號: " + entry.getKey() + ", Email: " + entry.getValue());
}

7. Iterator.remove()：安全刪除元素

初學者最常見的錯誤之一——在 for-each 遍歷時嘗試刪除集合中的元素。迭代器透過 remove() 解決了這個問題。

它怎麼運作？

• 呼叫 it.remove() 時會刪除「目前元素」——也就是最近一次 next() 回傳的那個。
• 這是安全的：集合不會拋出 ConcurrentModificationException。

範例：

List<Integer> numbers = new ArrayList<>(List.of(1, 2, 3, 4, 5, 6));
Iterator<Integer> it = numbers.iterator();
while (it.hasNext()) {
    int n = it.next();
    if (n % 2 == 0) {
        it.remove(); // 刪除所有偶數
    }
}
System.out.println(numbers); // [1, 3, 5]

集合遍歷示意圖

+---------+     +---------+     +---------+
| Element | --> | Element | --> | Element | ...
+---------+     +---------+     +---------+
     ^               ^
     |               |
   next()         next()

Iterator 會「一步一步」走過元素，直到 hasNext() 回傳 false 為止。

9. 使用 Iterator 與遍歷集合時的常見錯誤

錯誤一：在 for-each 遍歷時修改集合。
直接在 for-each 中刪除元素會導致 ConcurrentModificationException：

for (String task : tasks) {
    if (task.contains("貓")) {
        tasks.remove(task); // 砰！ConcurrentModificationException
    }
}

請使用 Iterator 以及它的 remove()。

錯誤二：在 remove() 之前未先呼叫 next()。
必須先透過 next() 取得目前元素，否則迭代器不知道要刪除哪一個。

Iterator<String> it = tasks.iterator();
it.remove(); // 錯誤！必須先呼叫 next()

錯誤三：嘗試在 for-each 中直接遍歷 Map。
Map 並未直接實作 Iterable——請使用 keySet()、values() 或 entrySet()。

Map<String, String> users = new HashMap<>();
// for (String entry : users) { ... } // 錯誤：不能這樣做
for (Map.Entry<String, String> e : users.entrySet()) {
    // 正確
}

錯誤四：用迭代器遍歷時，在迭代器之外修改集合。
遍歷期間只能透過 it.remove() 刪除元素，而不是呼叫集合的方法。

Iterator<String> it = tasks.iterator();
while (it.hasNext()) {
    String task = it.next();
    if (task.contains("貓")) {
        tasks.remove(task); // 錯誤！應該使用 it.remove()
    }
}

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