JavaScript可迭代对象详细介绍

2024-04-02 19:55

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1、迭代器

迭代器是借鉴C++等语言的概念，迭代器的原理就像指针一样，它指向数据集合中的某个元素，你可以获取它指向的元素，也可以移动它以获取其它元素。迭代器类似于数组中下标的拓展，各种数据结构，如链表（List）、集合（Set）、映射（Map）都有与之对应的迭代器。

JS中的迭代器是专门为了遍历这一操作设计的。每次获取到的迭代器总是初始指向第一个元素，并且迭代器只有next()一种行为，直到获取到数据集的最后一个元素。我们无法灵活移动迭代器的位置，所以，迭代器的任务，是按某种次序遍历数据集中的元素。

JS规定，迭代器必须实现next()接口，它应该返回当前元素并将迭代器指向下一个元素，返回的对象格式为{value:元素值, done:是否遍历结束}，其中，done是一个布尔值。done属性为true的时候，我们默认不会去读取value, 所以最后返回的经常是{value: undifined, done: true}，注意，返回类似{value: 2, done: true} 不会导致错误，但是因为done设置为true，在for...of等操作中都会忽略value的值。因此，done:false和value:undifined可以省略。一个简单的JS迭代器像这样：

let iter = {
    i: 0,
    next() {
        if (this.i > 10) return { done: true };
        return { value: this.i++ };
    }
}
//手动使用迭代器
console.log(iter.next());  //{ value: 0 }
console.log(iter.next());   //{ value: 1 }
while (true) {     
    let item = iter.next();
    if (!item.done) {
        console.log(item.value);     //打印从2到10
    } else {
        break;
    }
}

可以看到，迭代器与普通的JS对象没有区别，它就是一个用于实现迭代的对象。手动操作迭代器并没有什么实用性，迭代器的作用是附着在对象上，让一个对象，或者数据结构成为可迭代对象。

2、迭代器接口与可迭代对象

迭代器接口是我们获取对象迭代器时默认调用的接口，一个实现了迭代接口的对象即是可迭代对象。JS的默认迭代接口是[Symbol.iterator], 一个对象实现了[Symbol.iterator]接口就成为了可迭代对象。

[Symbol.iterator]是一个特殊的Symbol属性，它用于JS内部检测一个对象是否为可迭代对象。接口一词的含义代表它是一个函数，其结果应该放回一个迭代器。结合上面迭代器必须要有next()操作，所以，对可迭代对象，调用链iterableObj[Symbol.iterator]().next()应该是可行的。数组是最具代表性的可迭代对象，让我们拿数组测试一下：

arr = [1, '2', {a: 3}];
let arrIt = arr[Symbol.iterator]();    //获取数组迭代器
console.log(arrIt.next());   //{ value: 1, done: false }
console.log(arrIt.next());  //{ value: '2', done: false }
console.log(arrIt.next());   //{ value: { a: 3 }, done: false }
console.log(arrIt.next());  //{ value: undefined, done: true }

可以看到，迭代器的next()接口确实如愿工作，并且返回上述的结构。

3、自定义可迭代对象

现在，让我们来实现几个可迭代对象，这十分简单，只要:

实现对象的迭代器接口[Symbol.iterator]()，注意它是一个方法，
在迭代器接口中返回一个迭代器对象，
确保迭代器对象具有next()接口，并且返回{value: v, done: bool}的结构。

3.1、可迭代的Range对象

作为第一个可迭代对象，我们来实现类似python中的range(from, to)，不过这里使用Range对象来封装一个左闭右开的范围[from, to)。

function Range(from, to) {
    this.from = from;
    this.to = to;
}
Range.prototype[Symbol.iterator] = function () {
    //返回一个迭代器对象
    return {
        cur: this.from,
        to: this.to, //保证next()中可以获取
        next() {
            return (this.cur < this.to) ? {
                value: this.cur++,
                done: false
            } : {
                value: undefined,
                done: true
            };
        }
    }
}
let range = new Range(5, 11);  //创建一个range对象
//使用for...of循环
for (const num of range) {
    console.log(num);    //依次打印5,6,7,8,9,10
}
//使用
let arrFromRange = Array.from(range);
console.log(arrFromRange);   //[5,6,7,8,9,10]

3.2、使用Generator函数作为迭代器接口

因为Generator函数产生的generator对象是一种特殊的迭代器，所以我们可以很方法地使用Generator函数作为对象的迭代器接口。使用Generator函数改写上面的迭代器接口：

Range.prototype[Symbol.iterator] = function* () {
    for (let i = this.from; i < this.to; i++) {
        yield i;
    }
}

这种写法更加简洁易懂，是最为推荐的写法，Generator函数中产生的值就是遍历过程中得到的值。

3.3、可迭代的List

接下来，我们自定义一个链表节点List，在此我们省去不必要的接口。

function ListNode(value) {
    this.value = value;
    this.nextNode = null;
}

function List(root) {
    this.cur = this.root = root;
}
//List的next接口
List.prototype.next = function () {
    if (this.cur) { //非尾哨兵节点
        let curNode = {
            value: this.cur.value
        };
        this.cur = this.cur.nextNode;
        return curNode;
    } else {
        return {
            done: true
        };
    }
}

List.next()实现了将链表指针后移的操纵，并且返回了移动前节点的值，你可能注意到，我特意让返回的对象格式与迭代器返回结果一致，下面你将看到这么做的原因。现在我们让List变成可迭代，按照之前的做法，使得List[Symbol.iterator]().next()能够返回正确的{value: v, done: true}格式。是的，我们已经画好龙了，就差一个点睛之笔：

List.prototype[Symbol.iterator] = function () {
    return this;
}

随手写一个测试：

let a = new ListNode('a'),
    b = new ListNode('b'),
    c = new ListNode('c');
a.nextNode = b, b.nextNode = c;
let list = new List(a);
for (let i of list) {
    console.log(i);  //a,b,c
}

Perfect! List的迭代器接口返回了它自己，利用了自身的next()接口完成迭代操作，也就是说List的迭代器是List本身，我都为自己构思的例子觉得巧妙。

3.3、可迭代的迭代器

上面的List例子会让人觉得有点牵强，list.next()的返回值为了迎合迭代器的要求，让平时不得不使用let curValue = list.next().value来正确接收返回的节点值，确实。但是，这种做法在一种时候让人觉得眼前一亮——让迭代器称为可迭代对象，因为自己就是可迭代器，让自己成为自己的迭代器，就像1=1一样正确自然。

回到开头埋下的雷，我们只需要稍加改动

let iter = {
    i: 0,
    next() {
        if (this.i > 10) return { done: true };
        return { value: this.i++ };
    },
    //让迭代器的迭代器接口返回自身
     [Symbol.iterator]() {
        return this;
    }
}
//这样，你就可以把迭代器用在任何可迭代对象的地方
for (let i of iter) {
    console.log(i);  
}

这样，这个迭代器本身也是可迭代的。需要注意的是，内置可迭代类型的迭代器也都是可迭代的，类似for(let i of arr[Symbol.iterator]())的操作是可行，其原理是让Array的迭代器继承Array.prototype。其它类型也有类似的继承，如Generator与generator对象。

4、可迭代对象的意义

可迭代对象作为数组的扩充，具有非凡的意义。在以前，对一个需要操作一组数据的接口，只有数组这种结构能支持，非数组对象必须通过某种方式转化为数组，完成之后，还可能需要还原成原来的结构，这种繁琐的来回切换很不理想。有了可迭代对象的概念，这类操作可以接受一个可迭代对象，数组是可迭代对象，所以之前的数组参数是仍然可行的，在此之上，任何实现了可迭代接口的对象，也能正常处理。考虑这个下面例子：

function sumInArray(arr){
    let sum=0;
    for(let i = 0;i<arr.length;i++){
        sum+=arr[i];
    }
    return sum;
}
function sumInIterable(iterable){
    let sum = 0;
    for(let num of iterable){
        sum+=num;
    }
    return sum;
}

sumInArray()只对数组友好，而sumInIterable()是所有可迭代对象通用的，例如我们前面的Range对象，iter对象。是的，数组到可迭代对象的提升，代表了接口的通用性的提升。这个道理太浅显易懂，以至于你可能觉得我说废话，那么，请问你在接口设计的时候，会考虑能否使用可迭代对象代替数组吗？个人认为这种提升很多时候是有益的，特别在一些应用场景较多的接口，我发现很多ES6操作也是基于可迭代对象。如果有什么看法，也欢迎评论区探讨。

5、使用可迭代对象

先认识JS内建的可迭代对象：

非weak的数据结构,包括Array,Set, Map。
DOM中的NodeList对象。
String对象。
函数的arguments属性。

再了解哪些操作是基于可迭代对象的：

for...of语法
...iterable：展开语法和解构赋值
yield*语法
Map, Set, WeakMap,WeakSet的构造器。为什么没有Array？因为Array直接把它对象当成元素了，但是有Array.from(iterable)。
Object.fromEntries(iterable) ，每次迭代结果应该是一个对应键值对的二元数组，与Map的迭代结果吻合，常有let obj = Object.fromEntries(map)实现从map到object的转化。
promise.all(iterable)和promist.race(iterable).