【重温基础】13.迭代器和生成器

其他 2019-01-07 12:40:50 阅读次数: 0

本文是 重温基础 系列文章的第十三篇。
今日感受：每次自我年终总结，都会有各种情绪和收获。

系列目录：

本章节复习的是JS中的迭代器和生成器，常常用来处理集合。

前置知识：
JavaScrip已经提供多个迭代集合的方法，从简单的for循环到map()和filter()。
迭代器和生成器将迭代的概念直接带入核心语言，并提供一种机制来自定义for...of循环的行为。

本文会将知识点分为两大部分，简单介绍和详细介绍：
简单介绍，适合基础入门会使用的目标；
详细介绍，会更加深入的做介绍，适合理解原理；

1. 概述

当我们使用循环语句迭代数据时，需初始化一个变量来记录每一次迭代在数据集合中的位置：

let a = ["aaa","bbb","ccc"];
for (let i = 0; i< a.length; i++){
    console.log(a[i]);
}

这边的i就是我们用来记录迭代位置的变量，但是在ES6开始，JavaScrip引入了迭代器这个特性，并且新的数组方法和新的集合类型(如Set集合与Map集合)都依赖迭代器的实现，这个新特性对于高效的数据处理而言是不可或缺的，在语言的其他特性中也都有迭代器的身影：新的for-of循环、展开运算符(...)，甚至连异步编程都可以使用迭代器。

本文主要会介绍ES6中新增的迭代器(Iterator)和生成器(Generator)。

2. 迭代器(简单介绍)

迭代器是一种特殊对象，它具有一些专门为迭代过程设计的专有接口，所有的迭代器对象都有一个next()方法，每次调用都会返回一个结果对象。
这个结果对象，有两个属性：

  • value: 表示下一个将要返回的值。
  • done: 一个布尔值，若没有更多可返回的数据时，值为true，否则false。

如果最后一个值返回后，再调用next()，则返回的对象的done值为true，而value值如果没有值的话，返回的为undefined。

ES5实现一个迭代器：

function myIterator(list){
    var i = 0;
    return {
        next: function(){
            var done = i >= list.length;
            var value = !done ? list[i++] : undefined;
            return {
                done : done,
                value : value
            }
        }
    }
}

var iterator = myIterator([1,2,3]);
iterator.next();  // "{done: false, value: 1}"
iterator.next();  // "{done: false, value: 2}"
iterator.next();  // "{done: false, value: 3}"
iterator.next();  // "{done: true, value: undefined}"
// 以后的调用都一样
iterator.next();  // "{done: true, value: undefined}"

从上面代码可以看出，ES5的实现还是比较麻烦，而ES6新增的生成器，可以使得创建迭代器对象的过程更加简单。

3. 生成器(简单介绍)

生成器是一种返回迭代器的函数，通过function关键字后的星号(*)来表示，函数中会用到新的关键字yield。星号可以紧挨着function关键字，也可以在中间添加一个空格。

function *myIterator(){
    yield 1;
    yield 2;
    yield 3;
}
let iterator = myIterator();
iterator.next();  // "{done: false, value: 1}"
iterator.next();  // "{done: false, value: 2}"
iterator.next();  // "{done: false, value: 3}"
iterator.next();  // "{done: true, value: undefined}"
// 以后的调用都一样
iterator.next();  // "{done: true, value: undefined}"

生成器函数最有趣的部分是，每当执行完一条yield语句后函数就会自动停止执行，比如上面代码，当yield 1;执行完后，便不会执行任何语句，而是等到再调用迭代器的next()方法才会执行下一个语句，即yield 2;.
使用yield关键字可以返回任何值和表达式，因为可以通过生成器函数批量给迭代器添加元素：

function *myIterator(list){
    for(let  i = 0; i< list.length ; i ++){
        yield list[i];
    }
}

var iterator = myIterator([1,2,3]);
iterator.next();  // "{done: false, value: 1}"
iterator.next();  // "{done: false, value: 2}"
iterator.next();  // "{done: false, value: 3}"
iterator.next();  // "{done: true, value: undefined}"
// 以后的调用都一样
iterator.next();  // "{done: true, value: undefined}"

生成器的适用返回很广，可以将它用于所有支持函数使用的地方。

4. 迭代器（详细介绍）

4.1 Iterator迭代器概念

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，就可以完成迭代操作（即依次处理该数据结构的所有成员）。

Iterator三个作用：

  • 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；
  • Iterator 接口主要供ES6新增的for...of消费；

4.2 Iterator迭代过程

  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，迭代器对象本质上，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。

  • value属性是当前成员的值;
  • done属性是一个布尔值，表示迭代是否结束;

模拟next方法返回值：

let f = function (arr){
    var nextIndex = 0;
    return {
        next:function(){
            return nextIndex < arr.length ?
            {value: arr[nextIndex++], done: false}:
            {value: undefined, done: true}
        }
    }
}

let a = f(['a', 'b']);
a.next(); // { value: "a", done: false }
a.next(); // { value: "b", done: false }
a.next(); // { value: undefined, done: true }

4.3 默认Iterator接口

若数据可迭代，即一种数据部署了Iterator接口。
ES6中默认的Iterator接口部署在数据结构的Symbol.iterator属性，即如果一个数据结构具有Symbol.iterator属性，就可以认为是可迭代。
Symbol.iterator属性本身是函数，是当前数据结构默认的迭代器生成函数。执行这个函数，就会返回一个迭代器。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）。

原生具有Iterator接口的数据结构有：

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

4.4 Iterator使用场景

  • (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 a = new Set().add('a').add('b').add('c');
let [x, y] = a;       // x = 'a'  y = 'b'
let [a1, ...a2] = a;  // a1 = 'a' a2 = ['b','c']
  • (2)扩展运算符
    扩展运算符（...）也会调用默认的 Iterator 接口。
let a = 'hello';
[...a];            //  ['h','e','l','l','o']

let a = ['b', 'c'];
['a', ...a, 'd'];  // ['a', 'b', 'c', 'd']
  • (2)yield*
    yield*后面跟的是一个可迭代的结构，它会调用该结构的迭代器接口。
let a = function*(){
    yield 1;
    yield* [2,3,4];
    yield 5;
}

let b = a();
b.next() // { value: 1, done: false }
b.next() // { value: 2, done: false }
b.next() // { value: 3, done: false }
b.next() // { value: 4, done: false }
b.next() // { value: 5, done: false }
b.next() // { value: undefined, done: true }

  • (4)其他场合
    由于数组的迭代会调用迭代器接口，所以任何接受数组作为参数的场合，其实都调用了迭代器接口。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()

4.5 for…of循环

只要数据结构部署了Symbol.iterator属性，即具有 iterator 接口，可以用for...of循环迭代它的成员。也就是说，for...of循环内部调用的是数据结构的Symbol.iterato方法。
使用场景：
for...of可以使用在数组，Set和Map结构，类数组对象，Genetator对象和字符串。

  • 数组
    for...of循环可以代替数组实例的forEach方法。
let a = ['a', 'b', 'c'];
for (let k of a){console.log(k)}; // a b c

a.forEach((ele, index)=>{
    console.log(ele);    // a b c
    console.log(index);  // 0 1 2 
})

与for...in对比，for...in只能获取对象键名，不能直接获取键值，而for...of允许直接获取键值。

let a = ['a', 'b', 'c'];
for (let k of a){console.log(k)};  // a b c
for (let k in a){console.log(k)};  // 0 1 2
  • Set和Map
    可以使用数组作为变量，如for (let [k,v] of b){...}。
let a = new Set(['a', 'b', 'c']);
for (let k of a){console.log(k)}; // a b c

let b = new Map();
b.set('name','leo');
b.set('age', 18);
b.set('aaa','bbb');
for (let [k,v] of b){console.log(k + ":" + v)};
// name:leo
// age:18
// aaa:bbb
  • 类数组对象
// 字符串
let a = 'hello';
for (let k of a ){console.log(k)}; // h e l l o

// DOM NodeList对象
let b = document.querySelectorAll('p');
for (let k of b ){
    k.classList.add('test');
}

// arguments对象
function f(){
    for (let k of arguments){
        console.log(k);
    }
}
f('a','b'); // a b
  • 对象
    普通对象不能直接使用for...of会报错，要部署Iterator才能使用。
let a = {a:'aa',b:'bb',c:'cc'};
for (let k in a){console.log(k)}; // a b c
for (let k of a){console>log(k)}; // TypeError

4.6 跳出for…of

使用break来实现。

for (let k of a){
    if(k>100)
        break;
    console.log(k);
}

5. 生成器（详细介绍）

5.1 基本概念

Generator生成器函数是一种异步编程解决方案。
原理：
执行Genenrator函数会返回一个遍历器对象，依次遍历Generator函数内部的每一个状态。
Generator函数是一个普通函数，有以下两个特征：

  • function关键字与函数名之间有个星号；
  • 函数体内使用yield表达式，定义不同状态；

通过调用next方法，将指针移向下一个状态，直到遇到下一个yield表达式（或return语句）为止。简单理解，Generator函数分段执行，yield表达式是暂停执行的标记，而next恢复执行。

function * f (){
    yield 'hi';
    yield 'leo';
    return 'ending';
}
let a = f();
a.next();  // {value: 'hi', done : false}
a.next();  // {value: 'leo', done : false}
a.next();  // {value: 'ending', done : true}
a.next();  // {value: undefined, done : false}

5.2 yield表达式

yield表达式是暂停标志，遍历器对象的next方法的运行逻辑如下：

  1. 遇到yield就暂停执行，将这个yield后的表达式的值，作为返回对象的value属性值。
  2. 下次调用next往下执行，直到遇到下一个yield。
  3. 直到函数结束或者return为止，并返回return语句后面表达式的值，作为返回对象的value属性值。
  4. 如果该函数没有return语句，则返回对象的value为undefined 。

注意：

  • yield只能用在Generator函数里使用，其他地方使用会报错。
// 错误1
(function(){
    yiled 1;  // SyntaxError: Unexpected number
})()

// 错误2  forEach参数是个普通函数
let a = [1, [[2, 3], 4], [5, 6]];
let f = function * (i){
    i.forEach(function(m){
        if(typeof m !== 'number'){
            yield * f (m);
        }else{
            yield m;
        }
    })
}
for (let k of f(a)){
    console.log(k)
}
  • yield表达式如果用于另一个表达式之中，必须放在圆括号内。
function * a (){
    console.log('a' + yield);     //  SyntaxErro
    console.log('a' + yield 123); //  SyntaxErro
    console.log('a' + (yield));     //  ok
    console.log('a' + (yield 123)); //  ok
}
  • yield表达式用做函数参数或放在表达式右边，可以不加括号。
function * a (){
    f(yield 'a', yield 'b');    //  ok
    lei i = yield;              //  ok
}

5.3 next方法

yield本身没有返回值，或者是总返回undefined，next方法可带一个参数，作为上一个yield表达式的返回值。

function * f (){
    for (let k = 0; true; k++){
        let a = yield k;
        if(a){k = -1};
    }
}
let g =f();
g.next();    // {value: 0, done: false}
g.next();    // {value: 1, done: false}
g.next(true);    // {value: 0, done: false}

这一特点，可以让Generator函数开始执行之后，可以从外部向内部注入不同值，从而调整函数行为。

function * f(x){
    let y = 2 * (yield (x+1));
    let z = yield (y/3);
    return (x + y + z);
}
let a = f(5);
a.next();   // {value : 6 ,done : false}
a.next();   // {value : NaN ,done : false}  
a.next();   // {value : NaN ,done : true}
// NaN因为yeild返回的是对象 和数字计算会NaN

let b = f(5);
b.next();     // {value : 6 ,done : false}
b.next(12);   // {value : 8 ,done : false}
b.next(13);   // {value : 42 ,done : false}
// x 5 y 24 z 13

5.4 for…of循环

for...of循环会自动遍历，不用调用next方法，需要注意的是，for...of遇到next返回值的done属性为true就会终止，return返回的不包括在for...of循环中。

function * f(){
    yield 1;
    yield 2;
    yield 3;
    yield 4;
    return 5;
}
for (let k of f()){
    console.log(k);
}
// 1 2 3 4  没有 5

5.5 Generator.prototype.throw()

throw方法用来向函数外抛出错误，并且在Generator函数体内捕获。

let f = function * (){
    try { yield }
    catch (e) { console.log('内部捕获', e) }
}

let a = f();
a.next();

try{
    a.throw('a');
    a.throw('b');
}catch(e){
    console.log('外部捕获',e);
}
// 内部捕获 a
// 外部捕获 b

5.6 Generator.prototype.return()

return方法用来返回给定的值，并结束遍历Generator函数，如果return方法没有参数，则返回值的value属性为undefined。

function * f(){
    yield 1;
    yield 2;
    yield 3;
}
let g = f();
g.next();          // {value : 1, done : false}
g.return('leo');   // {value : 'leo', done " true}
g.next();          // {value : undefined, done : true}

5.7 next()/throw()/return()共同点

相同点就是都是用来恢复Generator函数的执行，并且使用不同语句替换yield表达式。

  • next()将yield表达式替换成一个值。
let f = function * (x,y){
    let r = yield x + y;
    return r;
}
let g = f(1, 2); 
g.next();   // {value : 3, done : false}
g.next(1);  // {value : 1, done : true}
// 相当于把 let r = yield x + y;
// 替换成 let r = 1;
  • throw()将yield表达式替换成一个throw语句。
g.throw(new Error('报错'));  // Uncaught Error:报错
// 相当于将 let r = yield x + y
// 替换成 let r = throw(new Error('报错'));
  • next()将yield表达式替换成一个return语句。
g.return(2); // {value: 2, done: true}
// 相当于将 let r = yield x + y
// 替换成 let r = return 2;

5.8 yield* 表达式

用于在一个Generator中执行另一个Generator函数，如果没有使用yield*会没有效果。

function * a(){
    yield 1;
    yield 2;
}
function * b(){
    yield 3;
    yield * a();
    yield 4;
}
// 等同于
function * b(){
    yield 3;
    yield 1;
    yield 2;
    yield 4;
}
for(let k of b()){console.log(k)}
// 3
// 1
// 2
// 4

5.9 应用场景

  1. 控制流管理
    解决回调地狱：
// 使用前
f1(function(v1){
    f2(function(v2){
        f3(function(v3){
            // ... more and more
        })
    })
})

// 使用Promise 
Promise.resolve(f1)
    .then(f2)
    .then(f3)
    .then(function(v4){
        // ...
    },function (err){
        // ...
    }).done();

// 使用Generator
function * f (v1){
    try{
        let v2 = yield f1(v1);
        let v3 = yield f1(v2);
        let v4 = yield f1(v3);
        // ...
    }catch(err){
        // console.log(err)
    }
}
function g (task){
    let obj = task.next(task.value);
  // 如果Generator函数未结束，就继续调用
  if(!obj.done){
      task.value = obj.value;
      g(task);
  }
}
g( f(initValue) );
  1. 异步编程的使用
    在真实的异步任务封装的情况：
let fetch = require('node-fetch');
function * f(){
    let url = 'http://www.baidu.com';
    let res = yield fetch(url);
    console.log(res.bio);
}
// 执行该函数
let g = f();
let result = g.next();
// 由于fetch返回的是Promise对象，所以用then
result.value.then(function(data){
    return data.json();
}).then(function(data){
    g.next(data);
})

参考资料

1.MDN 迭代器和生成器
2.ES6中的迭代器(Iterator)和生成器(Generator)

本部分内容到这结束

Author 王平安
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