ES6 标准入门(14)--Iterator 和 for...of 循环

Posted by liveipool on February 6, 2017

Iterator 和 for…of 循环

Iterator 的概念

  • JavaScript原有的表示“集合”的数据结构,主要是数组(Array)和对象(Object),ES6又添加了Map和Set。这样就有了四种数据集合,用户还可以组合使用它们,定义自己的数据结构,比如数组的成员是Map,Map的成员是对象。这样就需要一种统一的接口机制,来处理所有不同的数据结构。
  • 遍历器(Iterator)就是这样一种机制。它是一种接口,为各种不同的数据结构提供统一的访问机制。任何数据结构只要部署Iterator接口,就可以完成遍历操作(即依次处理该数据结构的所有成员)。
  • Iterator的作用有三个:一是为各种数据结构,提供一个统一的、简便的访问接口;二是使得数据结构的成员能够按某种次序排列;三是ES6创造了一种新的遍历命令for…of循环,Iterator接口主要供for…of消费。

Iterator 的遍历过程:

  1. 创建一个指针对象,指向当前数据结构的起始位置。也就是说,遍历器对象本质上,就是一个指针对象。
  2. 第一次调用指针对象的next方法,可以将指针指向数据结构的第一个成员。
  3. 第二次调用指针对象的next方法,指针就指向数据结构的第二个成员。
  4. 不断调用指针对象的next方法,直到它指向数据结构的结束位置。

每一次调用next方法,都会返回数据结构的当前成员的信息。具体来说,就是返回一个包含value和done两个属性的对象。其中,value属性是当前成员的值,done属性是一个布尔值,表示遍历是否结束。

需要注意的是:由于Iterator只是把接口规格加到数据结构之上,所以,遍历器与它所遍历的那个数据结构,实际上是分开的。

数据结构的默认 Iterator 接口

Iterator接口的目的,就是为所有数据结构,提供了一种统一的访问机制,即for…of循环(详见下文)。当使用for…of循环遍历某种数据结构时,该循环会自动去寻找Iterator接口。

一种数据结构只要部署了Iterator接口,我们就称这种数据结构是”可遍历的“(iterable)。

ES6规定,默认的Iterator接口部署在数据结构的Symbol.iterator属性,或者说,一个数据结构只要具有Symbol.iterator属性,就可以认为是“可遍历的”(iterable)。Symbol.iterator属性本身是一个函数,就是当前数据结构默认的遍历器生成函数。执行这个函数,就会返回一个遍历器。至于属性名Symbol.iterator,它是一个表达式,返回Symbol对象的iterator属性,这是一个预定义好的、类型为Symbol的特殊值,所以要放在方括号内。

在ES6中,有三类数据结构原生具备Iterator接口:数组、某些类似数组的对象、Set和Map结构。

let arr = ['a', 'b', 'c'];
let iter = arr[Symbol.iterator]();

iter.next() // { value: 'a', done: false }
iter.next() // { value: 'b', done: false }
iter.next() // { value: 'c', done: false }
iter.next() // { value: undefined, done: true }

上面代码中,变量arr是一个数组,原生就具有遍历器接口,部署在arr的Symbol.iterator属性上面。所以,调用这个属性,就得到遍历器对象。

上面提到,原生就部署Iterator接口的数据结构有三类,对于这三类数据结构,不用自己写遍历器生成函数,for…of循环会自动遍历它们。除此之外,其他数据结构(主要是对象)的Iterator接口,都需要自己在Symbol.iterator属性上面部署,这样才会被for…of循环遍历。

对象(Object)之所以没有默认部署Iterator接口,是因为对象的哪个属性先遍历,哪个属性后遍历是不确定的,需要开发者手动指定。本质上,遍历器是一种线性处理,对于任何非线性的数据结构,部署遍历器接口,就等于部署一种线性转换。不过,严格地说,对象部署遍历器接口并不是很必要,因为这时对象实际上被当作Map结构使用,ES5没有Map结构,而ES6原生提供了。

一个对象如果要有可被for…of循环调用的Iterator接口,就必须在Symbol.iterator的属性上部署遍历器生成方法(原型链上的对象具有该方法也可)。

下面是给一个对象部署一个Symbol.iterator属性的例子:

const obj = {
  [Symbol.iterator] : function () {
    return {
      next: function () {
        return {
          value: 1,
          done: true
        };
      }
    };
  }
};

然而实际上,通过Generator函数为普通对象加上for…of的接口非常简单。

对于类似数组的对象(存在数值键名和length属性),部署Iterator接口,有一个简便方法,就是Symbol.iterator方法直接引用数组的Iterator接口。

NodeList.prototype[Symbol.iterator] = Array.prototype[Symbol.iterator];
// 或者
NodeList.prototype[Symbol.iterator] = [][Symbol.iterator];

[...document.querySelectorAll('div')] // 可以执行了

下面是类似数组的对象调用数组的Symbol.iterator方法的例子。

let iterable = {
  0: 'a',
  1: 'b',
  2: 'c',
  length: 3,
  [Symbol.iterator]: Array.prototype[Symbol.iterator]
};
for (let item of iterable) {
  console.log(item); // 'a', 'b', 'c'
}

注意,普通对象部署数组的Symbol.iterator方法,并无效果。

let iterable = {
  a: 'a',
  b: 'b',
  c: 'c',
  length: 3,
  [Symbol.iterator]: Array.prototype[Symbol.iterator]
};
for (let item of iterable) {
  console.log(item); // undefined, undefined, undefined
}

调用 Iterator 接口的场合

有一些场合会默认调用Iterator接口(即Symbol.iterator方法),除了下文会介绍的for…of循环,还有几个别的场合。

(1)解构赋值
对数组和Set结构进行解构赋值时,会默认调用Symbol.iterator方法。

let set = new Set().add('a').add('b').add('c');
let [x,y] = set;
// x='a'; y='b'
let [first, ...rest] = set;
// first='a'; rest=['b','c'];

(2)扩展运算符
扩展运算符(…)也会调用默认的iterator接口。

var str = 'hello';
[...str] //  ['h','e','l','l','o']
let arr = ['b', 'c'];
['a', ...arr, 'd']
// ['a', 'b', 'c', 'd']

上面代码的扩展运算符内部就调用Iterator接口。

实际上,这提供了一种简便机制,可以将任何部署了Iterator接口的数据结构,转为数组。也就是说,只要某个数据结构部署了Iterator接口,就可以对它使用扩展运算符,将其转为数组。

let arr = [...iterable];

(3)yield

yield*后面跟的是一个可遍历的结构,它会调用该结构的遍历器接口。

let generator = function* () {
  yield 1;
  yield* [2,3,4];
  yield 5;
};

var iterator = generator();

iterator.next() // { value: 1, done: false }
iterator.next() // { value: 2, done: false }
iterator.next() // { value: 3, done: false }
iterator.next() // { value: 4, done: false }
iterator.next() // { value: 5, done: false }
iterator.next() // { value: undefined, done: true }

(4)其他场合
由于数组的遍历会调用遍历器接口,所以任何接受数组作为参数的场合,其实都调用了遍历器接口。下面是一些例子。

for...of
Array.from()
Map(), Set(), WeakMap(), WeakSet()(比如new Map([['a',1],['b',2]]))
Promise.all()
Promise.race()

字符串的 Iterator 接口

字符串是一个类似数组的对象,也原生具有Iterator接口。

var someString = "hi";
typeof someString[Symbol.iterator]
// "function"

var iterator = someString[Symbol.iterator]();
iterator.next()  // { value: "h", done: false }
iterator.next()  // { value: "i", done: false }
iterator.next()  // { value: undefined, done: true }

var str = new String("hi");
[...str] // ["h", "i"]

Iterator 接口与 Generator 函数

Symbol.iterator方法的最简单实现,还是使用下一章要介绍的Generator函数。

var myIterable = {};

myIterable[Symbol.iterator] = function* () {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
};
[...myIterable] // [1, 2, 3]

// 或者采用下面的简洁写法
let obj = {
  * [Symbol.iterator]() {
    yield 'hello';
    yield 'world';
  }
};

for (let x of obj) {
  console.log(x);
}
// hello
// world

上面代码中,Symbol.iterator方法几乎不用部署任何代码,只要用yield命令给出每一步的返回值即可。

遍历器对象的return(),throw()

遍历器对象除了具有next方法,还可以具有return方法和throw方法。如果你自己写遍历器对象生成函数,那么next方法是必须部署的,return方法和throw方法是否部署是可选的。

return方法的使用场合是,如果for…of循环提前退出(通常是因为出错,或者有break语句或continue语句),就会调用return方法。如果一个对象在完成遍历前,需要清理或释放资源,就可以部署return方法。

function readLinesSync(file) {
  return {
    next() {
      if (file.isAtEndOfFile()) {
        file.close();
        return { done: true };
      }
    },
    return() {
      file.close();
      return { done: true };
    },
  };
}

上面代码中,函数readLinesSync接受一个文件对象作为参数,返回一个遍历器对象,其中除了next方法,还部署了return方法。下面,我们让文件的遍历提前返回,这样就会触发执行return方法。

for (let line of readLinesSync(fileName)) {
  console.log(line);
  break;
}

注意,return方法必须返回一个对象,这是Generator规格决定的。

throw方法主要是配合Generator函数使用,一般的遍历器对象用不到这个方法。

for…of 循环

ES6 借鉴 C++、Java、C# 和 Python 语言,引入了for…of循环,作为遍历所有数据结构的统一的方法。
一个数据结构只要部署了Symbol.iterator属性,就被视为具有iterator接口,就可以用for…of循环遍历它的成员。也就是说,for…of循环内部调用的是数据结构的Symbol.iterator方法。
for…of循环可以使用的范围包括数组、Set 和 Map 结构、某些类似数组的对象(比如arguments对象、DOM NodeList 对象)、后文的 Generator 对象,以及字符串。

数组

数组原生具备iterator接口(即默认部署了Symbol.iterator属性),for…of循环本质上就是调用这个接口产生的遍历器,可以用下面的代码证明。

const arr = ['red', 'green', 'blue'];
let iter = arr[Symbol.iterator]();
for(let v of arr) {
  console.log(v); // red green blue
}
for(let v of iter) {
  console.log(v); // red green blue
}

for…of循环可以代替数组实例的forEach方法。

arr.forEach(function (element, index) {
  console.log(element); // red green blue
  console.log(index);   // 0 1 2
});

JavaScript原有的for…in循环,只能获得对象的键名,不能直接获取键值。

var arr = ['a', 'b', 'c', 'd'];
for (let a in arr) {
  console.log(a); // 0 1 2 3
}

上面代码表明,for…in循环读取键名,for…of循环读取键值。如果要通过for…of循环,获取数组的索引,可以借助数组实例的entries方法和keys方法,参见《数组的扩展》章节。
for…of循环调用遍历器接口,数组的遍历器接口只返回具有数字索引的属性。这一点跟for…in循环也不一样。

let arr = [3, 5, 7];
arr.foo = 'hello';
for (let i in arr) {
  console.log(i); // "0", "1", "2", "foo"
}
for (let i of arr) {
  console.log(i); //  "3", "5", "7"
}

Set 和 Map 结构

Set和Map结构也原生具有Iterator接口,可以直接使用for…of循环。

var engines = new Set(["Gecko", "Trident", "Webkit", "Webkit"]);
for (var e of engines) {
  console.log(e);
}
// Gecko
// Trident
// Webkit

var es6 = new Map();
es6.set("edition", 6);
es6.set("committee", "TC39");
es6.set("standard", "ECMA-262");
for (var [name, value] of es6) {
  console.log(name + ": " + value);
}
// edition: 6
// committee: TC39
// standard: ECMA-262

上面代码演示了如何遍历Set结构和Map结构。值得注意的地方有两个,首先,遍历的顺序是按照各个成员被添加进数据结构的顺序。其次,Set结构遍历时,返回的是一个值,而Map结构遍历时,返回的是一个数组,该数组的两个成员分别为当前Map成员的键名和键值。

let map = new Map().set('a', 1).set('b', 2);
for (let pair of map) {
  console.log(pair);
}
// ['a', 1]
// ['b', 2]

计算生成的数据结构

有些数据结构是在现有数据结构的基础上,计算生成的。比如,ES6的数组、Set、Map都部署了以下三个方法,调用后都返回遍历器对象。

entries() 返回一个遍历器对象,用来遍历[键名, 键值]组成的数组。对于数组,键名就是索引值;对于Set,键名与键值相同。Map结构的iterator接口,默认就是调用entries方法。
keys() 返回一个遍历器对象,用来遍历所有的键名。
values() 返回一个遍历器对象,用来遍历所有的键值。
这三个方法调用后生成的遍历器对象,所遍历的都是计算生成的数据结构。

let arr = ['a', 'b', 'c'];
for (let pair of arr.entries()) {
  console.log(pair);
}
// [0, 'a']
// [1, 'b']
// [2, 'c']

类似数组的对象

如字符串、DOM NodeList对象、arguments对象,也都可以直接使用for…of。
并不是所有类似数组的对象都具有iterator接口,一个简便的解决方法,就是使用Array.from方法将其转为数组。

对象

对于普通的对象,for…of结构不能直接使用,会报错,必须部署了iterator接口后才能使用。但是,这样情况下,for…in循环依然可以用来遍历键名。利用Generator函数为普通对象加上for…of的接口非常简单:

function* objectEntries(obj) {
  let propKeys = Reflect.ownKeys(obj);

  for (let propKey of propKeys) {
    yield [propKey, obj[propKey]];
  }
}

let jane = { first: 'Jane', last: 'Doe' };

for (let [key, value] of objectEntries(jane)) {
  console.log(`${key}: ${value}`);
}
// first: Jane
// last: Doe

与其他遍历语法的比较

以数组为例,JavaScript提供多种遍历语法。最原始的写法就是for循环。

for (var index = 0; index < myArray.length; index++) {
  console.log(myArray[index]);
}

这种写法比较麻烦,因此数组提供内置的forEach方法。

myArray.forEach(function (value) {
  console.log(value);
});

这种写法的问题在于,无法中途跳出forEach循环,break命令或return命令都不能奏效。

for…in循环可以遍历数组的键名。

for (var index in myArray) {
  console.log(myArray[index]);
}

for…in循环有几个缺点:

  1. 数组的键名是数字,但是for…in循环是以字符串作为键名“0”、“1”、“2”等等。
  2. for…in循环不仅遍历数字键名,还会遍历手动添加的其他键,甚至包括原型链上的键。
  3. 某些情况下,for…in循环会以任意顺序遍历键名。

总之,for…in循环主要是为遍历对象而设计的,不适用于遍历数组。

for…of循环相比上面几种做法,有一些显著的优点。

for (let value of myArray) {
  console.log(value);
}
  1. 有着同for…in一样的简洁语法,但是没有for…in那些缺点。
  2. 不同用于forEach方法,它可以与break、continue和return配合使用。
  3. 提供了遍历所有数据结构的统一操作接口。

下面是一个使用break语句,跳出for…of循环的例子。

for (var n of fibonacci) {
  if (n > 1000)
    break;
  console.log(n);
}

上面的例子,会输出斐波纳契数列小于等于1000的项。如果当前项大于1000,就会使用break语句跳出for…of循环。