Iterator

Visão Geral

Iterator fornece uma forma de percorrer os elementos de uma coleção sem expor sua representação interna.

É o padrão mais bem-sucedido do catálogo, no sentido específico de que deixou de ser um padrão e virou recurso de linguagem. Praticamente toda linguagem moderna tem laço de iteração, geradores, ou ambos.

Isso torna o padrão interessante por outra razão: ele é o melhor exemplo do que acontece quando uma solução recorrente é absorvida pela plataforma.

Problema

O cliente precisa percorrer uma coleção. Sem abstração, ele precisa saber se é um array, uma lista ligada, uma árvore ou um mapa — e cada percurso é diferente.

Isso amarra o cliente à estrutura escolhida. Trocar de lista para árvore toca todo código que percorre.

Iterator separa o quê — os elementos, em sequência — de como — a estrutura por trás.

Conceitos Centrais

A estrutura

O cliente conhece apenas a interface. A coleção sabe criar o iterador adequado à sua estrutura.

Interno e externo

Externo — o cliente controla o avanço. É a forma clássica e a que as linguagens adotaram.

Interno — a coleção controla e chama uma função para cada elemento. forEach, map, filter são iteração interna.

A externa permite parar no meio e percorrer duas coleções em paralelo. A interna é mais compacta e menos sujeita a erro.

Iteração preguiçosa

A evolução moderna do padrão. Um iterador não precisa ter todos os elementos — pode gerá-los sob demanda.

Isso permite sequências infinitas, leitura de arquivos maiores que a memória, e composição de operações sem materializar resultados intermediários.

Geradores e fluxos são essa ideia com sintaxe da linguagem.

O contrato de modificação concorrente

A parte do contrato que mais causa defeito: o que acontece se a coleção for modificada durante a iteração?

Três semânticas possíveis, e a diferença importa: falhar rápido (detectar e lançar), operar sobre um instantâneo, ou comportamento indefinido.

Um iterador que não declara qual delas oferece é um contrato incompleto.

Quando Usar

• É preciso percorrer uma estrutura própria, não coberta pela biblioteca padrão.
• A estrutura interna deve permanecer escondida.
• Há mais de uma forma de percurso — em árvores, ordem prévia, posterior, em largura.
• A geração dos elementos é cara e deve ser preguiçosa.

Quando Não Usar

Quando a linguagem já oferece. Que é quase sempre. Implementar iterador para uma lista simples é reinventar.

Quando a estrutura é exposta de qualquer forma. Se o cliente já conhece a representação, o iterador não esconde nada.

Quando índices são mais claros. Percursos com salto, com passo ou em ordem reversa às vezes ficam mais legíveis com índice.

Quando o percurso precisa de contexto de posição. Se o cliente precisa saber onde está na estrutura — profundidade, caminho, ancestrais — a abstração de sequência plana não serve. Ver Visitor.

Alternativas

• Recursos da linguagem — geradores, fluxos, laços de iteração.
• Visitor — quando o percurso precisa distinguir tipos de nó.
• Devolver uma coleção imutável — mais simples quando o conjunto é pequeno e cabe em memória.
• Callback — iteração interna sem hierarquia.

Trade-offs

Iterator	Expor a estrutura
Cliente independe da representação	Amarrado a ela
Vários percursos possíveis	Um, o que a estrutura permite
Preguiça e sequências infinitas	Tudo materializado
Uma abstração a manter	Nenhuma
Contrato de modificação a definir	Sem contrato

Modos de Falha

Modificação concorrente. Comportamento indefinido ou exceção, dependendo da implementação.

Iterador que não libera recurso. Um iterador sobre arquivo ou conexão precisa ser fechado; a interface clássica não obriga.

Percurso caro escondido. temProximo() que dispara consulta ao banco.

Estado compartilhado entre iteradores. Dois percursos simultâneos interferindo.

Erros Comuns

Implementar quando a linguagem oferece.

Não definir o contrato de modificação.

Esquecer de fechar iteradores sobre recursos.

Assumir que a iteração é barata. Um iterador preguiçoso sobre banco pode disparar uma consulta por elemento — o mesmo N+1 de Proxy.

Onde ele aparece na prática

Coleções de qualquer linguagem. Iterable em Java, protocolo de iteração em Python, IEnumerable em C#. O padrão virou interface da plataforma.

Geradores. yield implementa iteração preguiçosa com sintaxe direta, sem classe de iterador.

Fluxos e sequências. Composição de operações sobre iteradores preguiçosos.

Cursores de banco. Percorrer um resultado grande sem carregá-lo inteiro.

O último é onde implementar à mão ainda faz sentido em código de aplicação: um cursor que busca em lotes e expõe uma sequência plana esconde a paginação do consumidor — e é o caso em que o contrato de fechamento importa de verdade.

Exemplo Real

Um sistema precisava processar um relatório de dez milhões de registros vindos do banco.

A primeira versão carregava tudo em uma lista. Consumia 8 GB e falhava.

A segunda paginava explicitamente, e o código de negócio ficou com a lógica de paginação misturada: buscar página, processar, verificar se há mais, incrementar.

A terceira encapsulou a paginação num iterador preguiçoso. O código de negócio voltou a ser um laço simples sobre uma sequência, e a memória ficou constante.

Dois detalhes que só apareceram na implementação. O iterador precisava fechar a conexão ao terminar e ao ser abandonado no meio — o que exigiu que ele fosse usado dentro de um bloco com fechamento garantido.

E a modificação concorrente: registros inseridos durante o processamento apareciam ou não conforme a ordenação. O contrato adotado foi instantâneo por consulta ordenada por identificador, declarado na documentação do método — porque sem declarar, cada consumidor assumiria uma coisa.

Conceitos Relacionados

• Composite — iterar sobre estrutura em árvore.
• Visitor — percurso com distinção de tipo.
• Proxy — o risco de percurso que dispara consultas.

Exercício Prático

Procure no seu sistema pontos que carregam coleções grandes em memória.

Para cada um, verifique se o processamento é sequencial. Se for, o iterador preguiçoso troca memória proporcional por memória constante.

Perguntas de Entrevista

• Qual a diferença entre iteração interna e externa?
• O que deve acontecer se a coleção for modificada durante a iteração?
• Quando ainda faz sentido implementar um iterador à mão?

Para Aprofundar

• Gamma, Erich et al. Design Patterns. Addison-Wesley, 1994.
• Documentação de geradores em Python e de Stream em Java.