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ES6系列---迭代器(Iterator)與生成器(Generator)

DrizzleX / 973人閱讀

摘要:迭代器的出現旨在消除這種復雜性并減少循環中的錯誤。返回一個迭代器,其值為集合的值。在迭代器中拋出錯誤除了給迭代器傳遞數據外,還可以給它傳遞錯誤條件。通過方法,當迭代器恢復執行時可令其拋出一個錯誤。

循環語句的問題
var colors = ["red", "green", "blue"];
for(var i=0; i

ES6之前,這種標準的for循環,通過變量來跟蹤數組的索引。如果多個循環嵌套就需要追蹤多個變量,代碼復雜度會大大增加,也容易產生錯用循環變量的bug。

迭代器的出現旨在消除這種復雜性并減少循環中的錯誤。

什么是迭代器

我們先感受一下用ES5語法模擬創建一個迭代器:

function createIterator(items) {
    var i = 0;
    
    return { // 返回一個迭代器對象
        next: function() { // 迭代器對象一定有個next()方法
            var done = (i >= items.length);
            var value = !done ? items[i++] : undefined;
            
            return { // next()方法返回結果對象
                value: value,
                done: done
            };
        }
    };
}

var iterator = createIterator([1, 2, 3]);

console.log(iterator.next());  // "{ value: 1, done: false}"
console.log(iterator.next());  // "{ value: 2, done: false}"
console.log(iterator.next());  // "{ value: 3, done: false}"
console.log(iterator.next());  // "{ value: undefiend, done: true}"
// 之后所有的調用都會返回相同內容
console.log(iterator.next());  // "{ value: undefiend, done: true}"

以上,我們通過調用createIterator()函數,返回一個對象,這個對象存在一個next()方法,當next()方法被調用時,返回格式{ value: 1, done: false}的結果對象。
因此,我們可以這么定義:迭代器是一個擁有next()方法的特殊對象,每次調用next()都返回一個結果對象。

借助這個迭代器對象,我們來改造剛開始那個標準的for循環【暫時先忘記ES6的for-of循環新特性】:

var colors = ["red", "green", "blue"];
var iterator = createIterator(colors);
while(!iterator.next().done){
    console.log(iterator.next().value);
}

what?,消除循環變量而已,需要搞這么麻煩,代碼上不是得不償失了嗎?
并非如此,畢竟createIterator()只需寫一次,就可以一直復用。不過ES6引入了生成器對象,可以讓創建迭代器的過程變得更加簡單。

什么是生成器

生成器是一種返回迭代器的函數,通過function關鍵字后的星號(*)來表示,函數中會用到新的關鍵字yield

function *createIterator(items) {
    for(let i=0; i

上面,我們用ES6的生成器,大大簡化了迭代器的創建過程。我們給生成器函數createIterator()傳入一個items數組,函數內部,for循環不斷從數組中生成新的元素放入迭代器中,每遇到一個yield語句循環都會停止;每次調用迭代器的next()方法,循環便繼續運行并停止在下一條yield語句處。

生成器的創建方式

生成器是個函數:

function *createIterator(items) { ... }

可以用函數表達式方式書寫:

let createIterator = function *(item) { ... }

也可以添加到對象中,ES5風格對象字面量:

let o = {
    createIterator: function *(items) { ... }
};

let iterator = o.createIterator([1, 2, 3]);

ES6風格的對象方法簡寫方式:

let o = {
    *createIterator(items) { ... }
};

let iterator = o.createIterator([1, 2, 3]);
可迭代(Iterable)對象

在ES6中,所有的集合對象(數組、Set集合及Map集合)和字符串都是可迭代對象,可迭代對象都綁定了默認的迭代器。

來了來了,姍姍來遲的ES6循環新特性for-of

var colors = ["red", "green", "blue"];
for(let color of colors){
    console.log(color);
}

for-of循環,可作用在可迭代對象上,正是利用了可迭代對象上的默認迭代器。大致過程是:for-of循環每執行一次都會調用可迭代對象的next()方法,并將迭代器返回的結果對象的value屬性存儲在變量中,循環將繼續執行這一過程直到返回對象的done屬性的值為true

如果只需要迭代數組或集合中的值,用for-of循環代替for循環是個不錯的選擇。

訪問默認迭代器

可迭代對象,都有一個Symbol.iterator方法,for-of循環時,通過調用colors數組的Symbol.iterator方法來獲取默認迭代器的,這一過程是在JavaScript引擎背后完成的。

我們可以主動獲取一下這個默認迭代器來感受一下:

let values = [1, 2, 3];
let iterator = values[Symbol.iterator]();

console.log(iterator.next());  // "{ value: 1, done: false}"
console.log(iterator.next());  // "{ value: 2, done: false}"
console.log(iterator.next());  // "{ value: 3, done: false}"
console.log(iterator.next());  // "{ value: undefined, done: true}"

在這段代碼中,通過Symbol.iterator獲取了數組values的默認迭代器,并用它遍歷數組中的元素。在JavaScript引擎中執行for-of循環語句也是類似的處理過程。

用Symbol.iterator屬性來檢測對象是否為可迭代對象:

function isIterator(object) {
    return typeof object[Symbol.iterator] === "function";
}

console.log(isIterable([1, 2, 3]));  // true
console.log(isIterable(new Set()));  // true
console.log(isIterable(new Map()));  // true
console.log(isIterable("Hello"));  // true
創建可迭代對象

當我們在創建對象時,給Symbol.iterator屬性添加一個生成器,則可以將其變成可迭代對象:

let collection = {
    items: [],
    *[Symbol.iterator]() { // 將生成器賦值給對象的Symbol.iterator屬性來創建默認的迭代器
        for(let item of this.items) {
            yield item;
        }
    }
};

collection.items.push(1);
collection.items.push(2);
collection.items.push(3);

for(let x of collection) {
    console.log(x);
}
內建迭代器

ES6中的集合對象,數組、Set集合和Map集合,都內建了三種迭代器:

entries() 返回一個迭代器,其值為多個鍵值對。
如果是數組,第一個元素是索引位置;如果是Set集合,第一個元素與第二個元素一樣,都是值。

values() 返回一個迭代器,其值為集合的值。

keys() 返回一個迭代器,其值為集合中的所有鍵名。
如果是數組,返回的是索引;如果是Set集合,返回的是值(Set的值被同時用作鍵和值)。

不同集合的默認迭代器

每個集合類型都有一個默認的迭代器,在for-of循環中,如果沒有顯式指定則使用默認的迭代器。按常規使用習慣,我們很容易猜到,數組和Set集合的默認迭代器是values(),Map集合的默認迭代器是entries()。

請看以下示例:

let colors = [ "red", "green", "blue"];
let tracking = new Set([1234, 5678, 9012]);
let data = new Map();

data.set("title", "Understanding ECMAScript 6");
data.set("format", "print");

// 與調用colors.values()方法相同
for(let value of colors) {
    console.log(value);
}

// 與調用tracking.values()方法相同
for(let num of tracking) {
    console.log(num);
}

// 與調用data.entries()方法相同
for(let entry of data) {
    console.log(entry);
}

這段代碼會輸入以下內容:

"red"
"green"
"blue"
1234
5678
9012
["title", "Understanding ECMAScript 6"]
["format", "print"]

for-of循環配合解構特性,操縱數據會更方便:

for(let [key, value] of data) {
    console.log(key + "=" + value);
}
用展開運算符操縱
let set = new Set([1, 2, 3, 4, 5]),
    array = [...set];
    
console.log(array);  // [1,2,3,4,5]

展開運算符可以操作所有的可迭代對象,并根據默認迭代器來選取要引用的值,從迭代器讀取所有值。然后按返回順序將它們依次插入到數組中。因此如果想將可迭代對象轉換為數組,用展開運算符是最簡單的方法。

迭代器高級功能 給迭代器傳參

前面我們看到,在迭代器內部使用yield關鍵字可以生成值,在外面可以用迭代器的next()方法獲得返回值。
其實next()方法還可以接收參數,這個參數的值就會代替生成器內部上一條yield語句的返回值。

function *createIterator() {
    let first = yield 1;
    let second = yield first + 2;  // 4 + 2
    yield second + 3;  // 5 + 3
}

let iterator = createIterator();

console.log(iterator.next());  // "{ value: 1, done: false }"
console.log(iterator.next(4)); // "{ value: 6, done: false }"
console.log(iterator.next(5)); // "{ value: 8, done: false }"
console.log(iterator.next());  // "{ value: undefined, done: true }"

下圖的陰影展示了每次yield前正在執行的代碼,可以輔助理解程序內部的具體細節:


在生成器內部,淺紅色高亮的是next()方法的第一次調用,淺綠色標識了next(4)的調用過程,紫色標示了next(5)的調用過程,分別返回每一次yield生成的值。這里有一個過程很復雜,在執行左側代碼前,右側的每一個表達式會先執行再停止。
這里有個特例,第一次調用next()方法時無論傳入什么參數都會被丟棄。由于傳遞給next()方法的參數會代替上一次yield的返回值,而在第一次調用next()方法前不會執行任何yield語句,因此在第一次調用next()方法時傳遞參數是毫無意義的。

在迭代器中拋出錯誤

除了給迭代器傳遞數據外,還可以給它傳遞錯誤條件。通過throw()方法,當迭代器恢復執行時可令其拋出一個錯誤。

function *createIterator() {
    let first = yield 1;
    let second = yield first + 2;  // yield 4 + 2, 然后拋出錯誤
    yield second + 3;              // 永遠不會被執行
}

let iterator = createIterator();

console.log(iterator.next());                    // "{ value: 1, done: false }"
console.log(iterator.next(4));                   // "{ value: 6, done: false }"
console.log(iterator.throw(new Error("Boom")));  // 從生成器中拋出錯誤

這個示例中,前兩個表達式正常求值,而調用throw()后,在繼續執行let second求值前,錯誤就會被拋出并阻止代碼繼續執行。
知道了這一點,就可以在生成器內部通過try-catch代碼塊來捕獲這些錯誤:

function *createIterator() {
    let first = yield 1;
    let second;
    
    try {
        second = yield first + 2;  // yield 4 + 2, 然后拋出錯誤
    } catch(e) {
        second = 6;
    }
    yield second + 3;
}

let iterator = createIterator();

console.log(iterator.next());                    // "{ value: 1, done: false }"
console.log(iterator.next(4));                   // "{ value: 6, done: false }"
console.log(iterator.throw(new Error("Boom")));  // "{ value: 9, done: false }"
console.log(iterator.next());                    // "{ value: undefined, done: true }"

這里有個有趣的現象:調用throw()方法后也會像調用next()方法一樣返回一個結果對象。由于在生成器內部捕獲了這個錯誤,因而會繼續執行下一條yield語句,最終返回數值9。
如此一來,next()和throw()就像是迭代器的兩條指令,調用next()方法命令迭代器繼續執行(可能提供一個值),調用throw()方法也會命令迭代器繼續執行,但同時拋出一個錯誤,在此之后的執行過程取決于生成器內部的代碼。

生成器返回語句

由于生成器也是函數,因此可以通過return語句提前退出函數執行。

function *createIterator() {
    yield 1;
    return;
    yield 2;
    yield 3;
}

let iterator = createIterator();

console.log(iterator.next());      // "{ value: 1, done: false }"
console.log(iterator.next());      // "{ value: undefined, done: true }"

這段代碼中的生成器包含多條yield語句和一條return語句,其中return語句緊隨第一條yield語句,其后的yield語句將不會被執行。
在return語句中也可以指定一個返回值:

function *createIterator() {
    yield 1;
    return 10;
}

let iterator = createIterator();

console.log(iterator.next());      // "{ value: 1, done: false }"
console.log(iterator.next());      // "{ value: 10, done: true }"
console.log(iterator.next());      // "{ value: undefined, done: true }"

通過return語句指定的返回值,只會在返回對象中出現一次,在后續調用返回的對象中,value屬性會被重置為undefined。

委托生成器

在某些情況下,需要將兩個迭代器合二為一,這時可以創建一個生成器,再給yield語句添加一個星號,就可以將生成數據的過程委托給其他生成器。

function *createNumberIterator() {
    yield 1;
    yield 2;
}

function *createColorIterator() {
    yield "red";
    yield "green";
}

function *createCombinedIterator() {
    yield *createNumberIterator();
    yield *createColorIterator();
    yield true;
}

var iterator = createCombinedIterator();

console.log(iterator.next());      // "{ value: 1, done: false }"
console.log(iterator.next());      // "{ value: 2, done: false }"
console.log(iterator.next());      // "{ value: "red", done: false }"
console.log(iterator.next());      // "{ value: "green", done: false }"
console.log(iterator.next());      // "{ value: true, done: false }"
console.log(iterator.next());      // "{ value: undfined, done: true }"

有了委托生成器這個信功能,你可以進一步利用生成器的返回值來處理復雜任務:

function *createNumberIterator() {
    yield 1;
    yield 2;
    return 3;
}

function *createRepeatingIterator(count) {
    for(let i=0; i

注意,無論通過何種方式調用迭代器的next()方法,數值3永遠不會被返回,它只存在于生成器createCombinedIterator()的內部。但如果想輸出這個值,則可以額外添加一條yield語句:

function *createNumberIterator() {
    yield 1;
    yield 2;
    return 3;
}

function *createRepeatingIterator(count) {
    for(let i=0; i           
               
                                           
                       
                 

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