# Iterator 和 for...of 循环

# Iterator

遍历器(Iterator)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:

  • 为各种数据结构,提供一个统一的、简便的访问接口
  • 使得数据结构的成员能够按某种次序排列
  • 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 的遍历过程是这样的。

  • (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。

# 模拟

模拟next方法返回值的例子:

// it 是遍历器对象
var it = makeIterator(['a', 'b']);

it.next() // { value: "a", done: false }
it.next() // { value: "b", done: false }
it.next() // { value: undefined, done: true }

function makeIterator(array) {
  var nextIndex = 0;
  return {
    next: function() {
      return nextIndex < array.length ?
        {value: array[nextIndex++], done: false} :
        {value: undefined, done: true};
    }
  };
}
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  • 对于遍历器对象来说,done: falsevalue: undefined属性都是可以省略的
function makeIterator(array) {
  var nextIndex = 0;
  return {
    next: function() {
      return nextIndex < array.length ?
        {value: array[nextIndex++]} :
        {done: true};
    }
  };
}
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# 默认 Iterator 接口

原生具备 Iterator 接口的数据结构:

  • Array
  • Map
  • Set
  • String
  • TypedArray
  • 函数的 arguments 对象
  • NodeList 对象

注意:可以覆盖原生的Symbol.iterator方法,达到修改遍历器行为的目的。

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(参见《Symbol》一章)。

// 对象 obj 是可遍历的
const obj = {
  [Symbol.iterator] : function () {
    return {
      next: function () {
        return {
          value: 1,
          done: true
        };
      }
    };
  }
};
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# 对象没有默认部署 Iterator 接口

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。

一个对象如果要具备可被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)。

let obj = {
  data: [ 'hello', 'world' ],
  [Symbol.iterator]() {
    const self = this;
    let index = 0;
    return {
      next() {
        if (index < self.data.length) {
          return {
            value: self.data[index++],
            done: false
          };
        } else {
          return { value: undefined, done: true };
        }
      }
    };
  }
};
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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。

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'
}
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# 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)

  • 解构赋值
  • 扩展运算符
  • yield*

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()

# 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'];
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# 扩展运算符

扩展运算符(...)也会调用默认的 Iterator 接口。

// 例一
var str = 'hello';
[...str] //  ['h','e','l','l','o']

// 例二
let arr = ['b', 'c'];
['a', ...arr, 'd']
// ['a', 'b', 'c', 'd']
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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。

# 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 }
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# 字符串的 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 }
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# Iterator 接口与 Generator 函数

Symbol.iterator方法的最简单实现,还是使用 Generator 函数。

let 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"
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# 遍历器对象的 return(),throw()

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 {
    [Symbol.iterator]() {
      return {
        next() {
          return { done: false };
        },
        return() {
          file.close();
          return { done: true };
        }
      };
    },
  };
}
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// 情况一
for (let line of readLinesSync(fileName)) {
  console.log(line);
  break;
}

// 情况二
for (let line of readLinesSync(fileName)) {
  console.log(line);
  continue;
}

// 情况三
for (let line of readLinesSync(fileName)) {
  console.log(line);
  throw new Error();
}
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上面代码中,

  • 情况一输出文件的第一行以后,就会执行return方法,关闭这个文件;
  • 情况二输出所有行以后,执行return方法,关闭该文件;
  • 情况三会在执行return方法关闭文件之后,再抛出错误。

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。请参阅《Generator 函数》一章。

# for...of 循环

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)、Generator 对象,以及字符串。

# 数组

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"
}
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# 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。

值得注意的地方有两个:

  • 遍历的顺序是按照各个成员被添加进数据结构的顺序
  • 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
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
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# 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。

const arr = ['a', 'b', 'c'];
const arrKeys = arr.keys()
const arrEntries = arr.entries()

for (const key of arrKeys) {
  console.log(key);
}
// 0
// 1
// 2

console.log(Object.prototype.toString.call(arrKeys))
// [object Array Iterator]

for (const pair of arrEntries) {
  console.log(pair);
}
// [0, 'a']
// [1, 'b']
// [2, 'c']

console.log(Object.prototype.toString.call(arrEntries))
// [object Array Iterator]
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此处需要注意,通过keys()entries()返回的不是数组,而是一种计算生成的数据结构,通过Object.prototype.toString()方法可以观察到类型为Array Iterator

# 类似数组的对象

字符串、DOM NodeList 对象、arguments对象

# 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。

# 与其他遍历语法的比较

for...in循环有几个缺点。

  • 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。
  • 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。
  • 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。

  • 有着同for...in一样的简洁语法,但是没有for...in那些缺点。
  • 不同于forEach方法,它可以与breakcontinuereturn配合使用。
  • 提供了遍历所有数据结构的统一操作接口。

Reference

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