Iterator 和 for...of 循环

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Iterator 和 for…of 循环

Iterator（遍历器）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。

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。

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（参见《Symbol》一章）。

原生具备 Iterator 接口的数据结构如下。

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

对于原生部署 Iterator 接口的数据结构，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。

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。

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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。

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

// 例二
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。

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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。

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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。

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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 }

上面代码中，调用Symbol.iterator方法返回一个遍历器对象，在这个遍历器上可以调用 next 方法，实现对于字符串的遍历。

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。

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const arr = ['red', 'green', 'blue'];

for(let v of arr) {
  console.log(v); // red green blue
}

const obj = {};
obj[Symbol.iterator] = arr[Symbol.iterator].bind(arr);

for(let v of obj) {
  console.log(v); // red green blue
}

上面代码中，空对象obj部署了数组arr的Symbol.iterator属性，结果obj的for...of循环，产生了与arr完全一样的结果。

for...of循环可以代替数组实例的forEach方法。

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const arr = ['red', 'green', 'blue'];

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。ES6 提供for...of循环，允许遍历获得键值。

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var arr = ['a', 'b', 'c', 'd'];

for (let a in arr) {
  console.log(a); // 0 1 2 3
}

for (let a of arr) {
  console.log(a); // a b c d
}

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》一章）。

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。

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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"
}

上面代码中，for...of循环不会返回数组arr的foo属性。

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。

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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。

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

for (let [key, value] of map) {
  console.log(key + ' : ' + value);
}
// 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。

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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

类似数组的对象包括好几类。下面是for...of循环用于字符串、DOM NodeList 对象、arguments对象的例子。

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// 字符串
let str = "hello";

for (let s of str) {
  console.log(s); // h e l l o
}

// DOM NodeList对象
let paras = document.querySelectorAll("p");

for (let p of paras) {
  p.classList.add("test");
}

// arguments对象
function printArgs() {
  for (let x of arguments) {
    console.log(x);
  }
}
printArgs('a', 'b');
// 'a'
// 'b'

对于字符串来说，for...of循环还有一个特点，就是会正确识别 32 位 UTF-16 字符。

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for (let x of 'a\uD83D\uDC0A') {
  console.log(x);
}
// 'a'
// '\uD83D\uDC0A'

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。

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let arrayLike = { length: 2, 0: 'a', 1: 'b' };

// 报错
for (let x of arrayLike) {
  console.log(x);
}

// 正确
for (let x of Array.from(arrayLike)) {
  console.log(x);
}

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。

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let es6 = {
  edition: 6,
  committee: "TC39",
  standard: "ECMA-262"
};

for (let e in es6) {
  console.log(e);
}
// edition
// committee
// standard

for (let e of es6) {
  console.log(e);
}
// TypeError: es6[Symbol.iterator] is not a function

上面代码表示，对于普通的对象，for...in循环可以遍历键名，for...of循环会报错。

一种解决方法是，使用Object.keys方法将对象的键名生成一个数组，然后遍历这个数组。

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for (var key of Object.keys(someObject)) {
  console.log(key + ': ' + someObject[key]);
}

另一个方法是使用 Generator 函数将对象重新包装一下。

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function* entries(obj) {
  for (let key of Object.keys(obj)) {
    yield [key, obj[key]];
  }
}

for (let [key, value] of entries(obj)) {
  console.log(key, '->', value);
}
// a -> 1
// b -> 2
// c -> 3

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。

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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。

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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。

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

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。

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for (let value of myArray) {
  console.log(value);
}
  • 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break、continue和return配合使用。
  • 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。

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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。