ES6 标准入门(8)--函数的扩展

Posted by liveipool on January 30, 2017

函数的扩展

函数参数的默认值

ES6 允许为函数的参数设置默认值,即直接写在参数定义的后面。

function log(x, y = 'World') {
  console.log(x, y);
}

log('Hello') // Hello World
log('Hello', 'China') // Hello China
log('Hello', '') // Hello
function Point(x = 0, y = 0) {
  this.x = x;
  this.y = y;
}

var p = new Point();
p // { x: 0, y: 0 }

除了简洁,ES6 的写法还有两个好处:首先,阅读代码的人,可以立刻意识到哪些参数是可以省略的,不用查看函数体或文档;其次,有利于将来的代码优化,即使未来的版本在对外接口中,彻底拿掉这个参数,也不会导致以前的代码无法运行。
参数变量是默认声明的,所以不能用let或const再次声明。

参数默认值可以与解构赋值的默认值结合起来使用

function foo({x, y = 5}) {
	//...
}

foo({}); //undefined, 5
foo({x:1}); //1, 5
foo({x:1, y:2}); //1, 2
foo();  //TypeError

上面代码使用了对象的解构赋值默认值,而没有使用函数参数的默认值。只有当函数foo的参数是一个对象时,变量x和y才会通过解构赋值而生成。

两种写法的比较

//写法一
function m1({x = 0, y = 0} = {}) {
	//...
}

//写法二
function m2({x, y} = {x : 0, y : 0}) {
	//...
}

注意区分上面两种写法的区别,它们都对函数的参数设定了默认值:
写法一中函数参数的默认值为一个空对象,但是设置了对象解构赋值的默认值.
写法二中函数参数的默认值为一个有具体属性的对象,但是没有设置对象解构赋值的默认值.
注意代码中,写函数参数和解构赋值的默认值时都是等号(=),在真正的赋值对象中,是冒号(:).

参数默认值的位置

通常情况下,定义了默认值的参数,应该是函数的尾参数。因为这样比较容易看出来,到底省略了哪些参数。如果非尾部的参数设置默认值,实际上这个参数是没法省略的。

// 例一
function f(x = 1, y) {
  return [x, y];
}

f() // [1, undefined]
f(2) // [2, undefined])
f(, 1) // 报错
f(undefined, 1) // [1, 1]

如果传入undefined,将触发该参数等于默认值,null则没有这个效果。

函数的length属性

指定了默认值以后,函数的length属性,将返回没有指定默认值的参数个数。也就是说,指定了默认值后,length属性将失真。
这是因为length属性的含义是,该函数预期传入的参数个数。某个参数指定默认值以后,预期传入的参数个数就不包括这个参数了。同理,rest参数也不会计入length属性。

(function(a, b, c=5) {}).length;   //2
(function(...args) {}).length;     //0

rest 参数

ES6 引入 rest 参数(形式为“…变量名”),用于获取函数的多余参数,这样就不需要使用arguments对象了。rest 参数搭配的变量是一个数组,该变量将多余的参数放入数组中。

function add(...values) {
  let sum = 0;

  for (var val of values) {
    sum += val;
  }

  return sum;
}

add(2, 5, 3) // 10

注意,rest参数之后不能再有其他参数,即只能是最后一个参数,否则会报错.

扩展运算符

扩展运算符(spread)是三个点(…)。它好比 rest 参数的逆运算,将一个数组转为用逗号分隔的参数序列。

console.log(...[1,2,3])
//1,2,3

console.log(1, ...[2,3,4], 5)
//1,2,3,4,5

console.log(...document.querySelectorAll('div'))
//[<div>, <div>, <div>]

//该运算符可用于将一个数组变为函数参数序列
var numbers = [4, 5, 6];
add(...numbers); //15

由于扩展运算符可以展开数组,所以不再需要apply方法,将数组转为函数的参数了。

// ES5的写法
function f(x, y, z) {
  // ...
}
var args = [0, 1, 2];
f.apply(null, args);

// ES6的写法
function f(x, y, z) {
  // ...
}
var args = [0, 1, 2];
f(...args);

扩展运算符提供了数组合并的新写法。

// ES5
[1, 2].concat(more)
// ES6
[1, 2, ...more]

扩展运算符可以与解构赋值结合起来,用于生成数组。

// ES5
a = list[0], rest = list.slice(1)
// ES6
[a, ...rest] = list
const [first, ...rest] = [1, 2, 3, 4, 5];
first // 1
rest  // [2, 3, 4, 5]

const [first, ...rest] = [];
first // undefined
rest  // []:

扩展运算符还可以将字符串转为真正的数组。

[...'hello']
// [ "h", "e", "l", "l", "o" ]

任何Iterator接口的对象,都可以用扩展运算符转为真正的数组。

var nodeList = document.querySelectorAll('div');
var array = [...nodeList];

上面代码中,querySelectorAll方法返回的是一个nodeList对象。它不是数组,而是一个类似数组的对象。这时,扩展运算符可以将其转为真正的数组,原因就在于NodeList对象实现了Iterator接口。

name属性

函数的name属性,返回该函数的函数名。

function foo() {}
foo.name // "foo"

这个属性早就被浏览器广泛支持,但是直到 ES6,才将其写入了标准。

需要注意的是,ES6 对这个属性的行为做出了一些修改。如果将一个匿名函数赋值给一个变量,ES5 的name属性,会返回空字符串,而 ES6 的name属性会返回实际的函数名。

var f = function () {};

// ES5
f.name // ""

// ES6
f.name // "f"

箭头函数

ES6允许使用”箭头”(=>)定义函数:

var f = v => v;

上面的箭头函数等于:

var f = function(v) {
	return v;
}

如果箭头函数不需要参数或需要多个参数,就使用圆括号代表参数部分:

var f = () => 5;
//等同于
var f = function() {
	return 5;
}

var f = (x, y) => x + y;
//等同于
var f = function(x, y) {
	return x + y;
}

箭头函数可以与变量解构赋值结合使用:

const f = ({x, y}) => x + y;
//等同于
const f = function(o) {
	return o.x + o.y;
}

箭头函数有几个使用注意点

  1. 函数体内的this对象,就是定义时所在的对象,而不是使用时所在的对象。
  2. 不可以当作构造函数,也就是说,不可以使用new命令,否则会抛出一个错误。
  3. 不可以使用arguments对象,该对象在函数体内不存在。如果要用,可以用Rest参数代替。
  4. 不可以使用yield命令,因此箭头函数不能用作Generator函数。

上面四点中,第一点尤其值得注意。this对象的指向是可变的,但是在箭头函数中,它是固定的。

function foo() {
	setTimeout( () => {
		console.log("id: ", id);
	}, 1000);
}

var id = 21;

foo.call({id:42});
//id: 42

上面代码中,setTimeout的参数是一个箭头函数,这个箭头函数的定义生效是在foo函数生成时,而它的真正执行要等到1000毫秒后。如果是普通函数,执行时this应该指向全局对象window,这时应该输出21。但是,箭头函数导致this总是指向函数定义生效时所在的对象(本例是{id: 42}),所以输出的是42。

this指向的固定化,并不是因为箭头函数内部有绑定this的机制,实际原因是箭头函数根本没有自己的this,导致内部的this就是外层代码块的this。正是因为它没有this,所以也就不能用作构造函数。

请问下面的代码之中有几个this?

function foo() {
  return () => {
    return () => {
      return () => {
        console.log('id:', this.id);
      };
    };
  };
}

var f = foo.call({id: 1});

var t1 = f.call({id: 2})()(); // id: 1
var t2 = f().call({id: 3})(); // id: 1
var t3 = f()().call({id: 4}); // id: 1

上面代码之中,只有一个this,就是函数foo的this,所以t1、t2、t3都输出同样的结果。因为所有的内层函数都是箭头函数,都没有自己的this,它们的this其实都是最外层foo函数的this。

除了this,以下三个变量在箭头函数之中也是不存在的,指向外层函数的对应变量:arguments、super、new.target。
长期以来,JavaScript语言的this对象一直是一个令人头痛的问题,在对象方法中使用this,必须非常小心。箭头函数”绑定”this,很大程度上解决了这个困扰。

尾调用

尾调用(Tail Call)是函数式编程的一个重要概念,本身非常简单,一句话就能说清楚,就是指某个函数的最后一步是调用另一个函数。

function f(x){
  return g(x);
}

注意下面这种情况不属于尾调用:

function f(x) {
	g(x);
}

因为它等同于下面的代码:

function f(x) {
	g(x);
	return undefined;
}

尾调用不一定是出现在函数尾部的,它是最后一步操作.

function f(x) {
  if (x > 0) {
    return m(x)
  }
  return n(x);
}

上面代码中,函数m和n都属于尾调用,因为它们都是函数f的最后一步操作。

尾调用优化

尾调用之所以与其他调用不同,就在于它的特殊的调用位置。

我们知道,函数调用会在内存形成一个“调用记录”,又称“调用帧”(call frame),保存调用位置和内部变量等信息。如果在函数A的内部调用函数B,那么在A的调用帧上方,还会形成一个B的调用帧。等到B运行结束,将结果返回到A,B的调用帧才会消失。如果函数B内部还调用函数C,那就还有一个C的调用帧,以此类推。所有的调用帧,就形成一个“调用栈”(call stack)。

尾调用由于是函数的最后一步操作,所以不需要保留外层函数的调用帧,因为调用位置、内部变量等信息都不会再用到了,只要直接用内层函数的调用帧,取代外层函数的调用帧就可以了。

function f() {
  let m = 1;
  let n = 2;
  return g(m + n);
}
f();

// 等同于
function f() {
  return g(3);
}
f();

// 等同于
g(3);

上面代码中,如果函数g不是尾调用,函数f就需要保存内部变量m和n的值、g的调用位置等信息。但由于调用g之后,函数f就结束了,所以执行到最后一步,完全可以删除 f(x) 的调用帧,只保留 g(3) 的调用帧。

这就叫做“尾调用优化”(Tail call optimization),即只保留内层函数的调用帧。如果所有函数都是尾调用,那么完全可以做到每次执行时,调用帧只有一项,这将大大节省内存。这就是“尾调用优化”的意义。

注意,只有不再用到外层函数的内部变量,内层函数的调用帧才会取代外层函数的调用帧,否则就无法进行“尾调用优化”。

function addOne(a){
  var one = 1;
  function inner(b){
    return b + one;
  }
  return inner(a);
}

上面的函数不会进行尾调用优化,因为内层函数inner用到了外层函数addOne的内部变量one。

尾递归

函数调用自身,称为递归。如果尾调用自身,就称为尾递归。
递归非常耗费内存,因为需要同时保存成千上百个调用帧,很容易发生“栈溢出”错误(stack overflow)。但对于尾递归来说,由于只存在一个调用帧,所以永远不会发生“栈溢出”错误。

function factorial(n) {
  if (n === 1) return 1;
  return n * factorial(n - 1);
}

factorial(5) // 120

上面代码是一个阶乘函数,计算n的阶乘,最多需要保存n个调用记录,复杂度 O(n) 。

如果改写成尾递归,只保留一个调用记录,复杂度 O(1) 。

function factorial(n, total) {
  if (n === 1) return total;
  return factorial(n - 1, n * total);
}

factorial(5, 1) // 120

还有一个比较著名的例子,就是计算fibonacci 数列,也能充分说明尾递归优化的重要性

如果是非尾递归的fibonacci 递归方法:

function Fibonacci (n) {
  if ( n <= 1 ) {return 1};

  return Fibonacci(n - 1) + Fibonacci(n - 2);
}

Fibonacci(10); // 89
// Fibonacci(100)
// Fibonacci(500)
// 堆栈溢出了

如果我们使用尾递归优化过的fibonacci 递归算法:

function Fibonacci2 (n , ac1 = 1 , ac2 = 1) {
  if( n <= 1 ) {return ac2};

  return Fibonacci2 (n - 1, ac2, ac1 + ac2);
}

Fibonacci2(100) // 573147844013817200000
Fibonacci2(1000) // 7.0330367711422765e+208
Fibonacci2(10000) // Infinity

由此可见,“尾调用优化”对递归操作意义重大,所以一些函数式编程语言将其写入了语言规格。ES6也是如此,第一次明确规定,所有ECMAScript的实现,都必须部署“尾调用优化”。这就是说,在ES6中,只要使用尾递归,就不会发生栈溢出,相对节省内存。

ES6的尾调用优化只在严格模式下开启,正常模式是无效的。

递归函数的改写

尾递归的实现,往往需要改写递归函数,确保最后一步只调用自身。做到这一点的方法,就是把所有用到的内部变量改写成函数的参数。比如上面的例子,阶乘函数 factorial 需要用到一个中间变量 total ,那就把这个中间变量改写成函数的参数。这样做的缺点就是不太直观,第一眼很难看出来,为什么计算5的阶乘,需要传入两个参数5和1?

两个方法可以解决这个问题。方法一是在尾递归函数之外,再提供一个正常形式的函数。

function tailFactorial(n, total) {
  if (n === 1) return total;
  return tailFactorial(n - 1, n * total);
}

function factorial(n) {
  return tailFactorial(n, 1);
}

factorial(5) // 120

上面代码通过一个正常形式的阶乘函数 factorial ,调用尾递归函数 tailFactorial ,看起来就正常多了。

函数式编程有一个概念,叫做柯里化(currying),意思是将多参数的函数转换成单参数的形式。这里也可以使用柯里化。

function currying(fn, n) {
  return function (m) {
    return fn.call(this, m, n);
  };
}

function tailFactorial(n, total) {
  if (n === 1) return total;
  return tailFactorial(n - 1, n * total);
}

const factorial = currying(tailFactorial, 1);

factorial(5) // 120

上面代码通过柯里化,将尾递归函数 tailFactorial 变为只接受1个参数的 factorial 。

第二种方法就简单多了,就是采用ES6的函数默认值。

function factorial(n, total = 1) {
  if (n === 1) return total;
  return factorial(n - 1, n * total);
}

factorial(5) // 120

上面代码中,参数 total 有默认值1,所以调用时不用提供这个值。

总结一下,递归本质上是一种循环操作。纯粹的函数式编程语言没有循环操作命令,所有的循环都用递归实现,这就是为什么尾递归对这些语言极其重要。对于其他支持“尾调用优化”的语言(比如Lua,ES6),只需要知道循环可以用递归代替,而一旦使用递归,就最好使用尾递归。