ES6中的Iterator 和for of循环

青梅煮码

发布于 2023-02-18 15:27:02

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发布于 2023-02-18 15:27:02

文章被收录于专栏：青梅煮码

一、Iterator（遍历器）的存在

1、迭代器模式

迭代器模式是指提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不需要暴露该对象的内部表示。在使用迭代器模式之后，即使不关心对象的内部构造，也可以按顺序访问其中的每个元素。

2、Iterator的概念

ES6语法中表示“集合”的数据结构有很多，比如 Array、Map、Set、String、arguments、NodeList等。这样就需要一种统一的接口机制，来处理遍历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）。

以上数据类型，都有 Symbol.iterator 属性，属性值是一个函数，执行这个函数就会返回一个迭代器。这个迭代器就有 next 方法可顺序迭代子元素。

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

二、Iterator 的遍历过程

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。

下面是模拟 next 方法返回值的例子。

（1）使用ES6的class语法模拟

class MakeIterator {
  constructor(list) {
    this.list = list;
    this.index = 0;
  }

  next() {
    if (this.index < this.list.length) {
      return {
        value: this.list[this.index++],
        done: false
      }
    } else {
      return {
        value: undefined,
        done: true
      }
    }
  }
}

// 测试
let iterator = new MakeIterator([1,2,3]);
console.log(iterator.next());
console.log(iterator.next());
console.log(iterator.next());
console.log(iterator.next());

结果如图所示：

https://qmblog.qmzm.co/2021/02/202101311932426-4.png

（2）使用function来演示

//自己定义的遍历器生成函数
function makeIterator(list) {
  let index = 0;
	
  // 返回一个遍历器对象
  return {
    next: function () {
      //三元表达式
      return index < list.length ? 
      	{value: list[index++], done: false} : {value: undefined, done: true}
    }
  }
}

var iterator = makeIterator([1,3,5]);
console.log(iterator.next());
console.log(iterator.next());
console.log(iterator.next());
console.log(iterator.next());

结果如图所示：

https://qmblog.qmzm.co/2021/02/20210131193701947-4.png

上面代码定义了一个 makeIterator 函数，它是一个遍历器生成函数，作用就是返回一个遍历器对象（指针对象）。指针对象的 next 方法，用来移动指针。开始时，指针指向数组的开始位置。然后，每次调用 next 方法，指针就会指向数组的下一个成员。总之，调用指针对象的next方法，就可以遍历事先给定的数据结构。

注意：Iterator 只是把接口规格加到数据结构之上，所以，遍历器与它所遍历的那个数据结构，实际上是分开的，完全可以写出没有对应数据结构的遍历器对象。就像下边的例子：

function idMaker() {
  let index = 0;

  return {
    next: function () {
      return {value: index++, done: false}
    }
  }
}

//这是一个可以无限运行的遍历器对象
let it = new idMaker();
console.log(it.next());
console.log(it.next());
console.log(it.next());
console.log(it.next());
// ......

https://qmblog.qmzm.co/2021/02/2021013119452250-4.png

三、默认 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，这个函数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。 因为属性名 Symbol.iterator 是一个表达式，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。

可以运行 Array.prototype[Symbol.iterator] 来测试，如图所示：

https://qmblog.qmzm.co/2021/02/diediqi-1-768x258.png

我们可以自定义：

const obj = {
  [Symbol.iterator]: function () {
    return {
      next: function () {
        return {value: 0, done: false}
      }
    }
  }
}

// 测试
let iterator = obj[Symbol.iterator]();
console.log(iterator.next());
console.log(iterator.next());
console.log(iterator.next());

https://qmblog.qmzm.co/2021/02/20210131200107568-4.png

上面代码中，对象 obj 是可遍历的（iterable），因为具有 Symbol.iterator 属性。执行这个属性，会返回一个遍历器对象。

ES6 的有些数据结构原生具备 Iterator 接口（比如数组），不用任何处理。原因在于，这些数据结构原生部署了Symbol.iterator属性，另外一些数据结构没有（比如对象）。凡是部署了Symbol.iterator属性的数据结构，就称为部署了遍历器接口。调用这个接口，就会返回一个遍历器对象。

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

下面的例子是数组的 Symbol.iterator 属性（在原型链 Array.prototype 上）,调用这个属性，就得到遍历器对象。

let arr = ['a', 'b', 'c'];
let iter = arr[Symbol.iterator]();

iter.next() // { value: 'a', done: false }
iter.next() // { value: 'b', done: false }
iter.next() // { value: 'c', done: false }
iter.next() // { value: undefined, done: true }

但是如果 Symbol.iterator 方法对应的不是遍历器生成函数（即会返回一个遍历器对象），解释引擎将会报错。 遍历器对象的根本特征就是具有 next 方法。 每次调用 next 方法，都会返回一个代表当前成员的信息对象，具有 value 和 done 两个属性。当我们使用 for of 循环遍历的时候，打印的就是 value 属性

//测试 1
var obj = {};

obj[Symbol.iterator] = function () {
  return 1
}

// Uncaught TypeError: Result of the Symbol.iterator method is not an object 
// 翻译：Symbol.iterator方法的返回值不是一个对象
for (let item of obj) {
  console.log(item);
}

// 测试 2
// 下面我们让Symbol.iterator方法的返回值是一个对象
var obj2 = {};

obj2[Symbol.iterator] = function () {
  return {name: 'webchang'}
}

// Uncaught TypeError: undefined is not a function
// 个人理解：报这个错是因为，执行for of循环的时候，会去遍历器生成函数Symbol.iterator的返回的对象中寻找next方法来执行，
// 但是我们没有定义next方法，那么该对象的next属性就是undefined，undefined当然不能当做函数来执行
for (let item of obj2) {
  console.log(item);
}

// 测试 3
// 我们在 Symbol.iterator 返回的对象中增加 next 方法
var obj3 = {};

obj3[Symbol.iterator] = function () {
  return {
    next: function () {
      return 1
    }
  }
}

// Uncaught TypeError: Iterator result 1 is not an object
// 翻译：遍历器的返回值 1 不是一个对象，它希望我们在 next 方法中返回一个对象
for (let item of obj3) {
  console.log(item);
}

// 测试 4-------
var obj4 = {};

obj4[Symbol.iterator] = function () {
  return {
    next: function () {
      // 如果直接返回这样的对象，在执行for of循环的时候，会一直打印undefined，因为该对象没有value属性
      // return {name:'webchang'}

	  // 如果返回带有value属性的对象，执行for of循环的时候，会一直打印value属性的值，因为我们没有给它结束条件
      return {value: 111,done: false}
    }
  }
}
for (let item of obj4) {
  console.log(item);
}

// 测试 5。正常运行------
var obj5 = {};

obj5[Symbol.iterator] = function () {
  let index = 0;
  return {
    next: function () {
      if (index < 4) {
        return {value: index++, done: false}
      }
      return {value: undefined,done: true}
    }
  }
}

for (let item of obj5) {
  console.log(item);
}

四、for…of循环

来源：我们可以利用 Symbol.iterator 自己封装一个遍历方法：

function each(data) {
  let iterator = data[Symbol.iterator]();

  let item = iterator.next();
  while (!item.done) {
    console.log(item.value);
    item = iterator.next();
  }
}

但是如果每个人在使用的时候都需要自己封装一遍，就太麻烦了。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。

介绍： 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。

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。

1、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。

let arr = ['red','green','blue'];
for (let item of arr) {
  console.log(item); // red green blue
}

let obj = {};
obj[Symbol.iterator] = arr[Symbol.iterator].bind(arr);
for (let item of obj) {
  console.log(item); // 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。

另外，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 循环不一样。

let arr = [1,2,3];
arr.foo = 'webchang';

for (let i in arr) {
  console.log(i); // "0" "1" "2" "foo"
}

for (let i of arr) {
  console.log(i); // 1 2 3
}

2、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。

// 遍历 Set 结构
let names = new Set(['小明','webchang','小红','webchang']);
for (let item of names) {
  console.log(item); // 小明 webchang 小红
}

// 遍历 Map 结构
let students = new Map();
students.set('001','小明');
students.set('002','webchang');
students.set('003','小红');
for (let item of students) {
  console.log(item);
}

for (let [num,name] of students) {
  console.log(num,name);
}

结果如图所示：

https://qmblog.qmzm.co/2021/02/20210131204207494-4.png

上面代码演示了如何遍历 Set 结构和 Map 结构。注意两点，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。

3、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。

let arr = ['a', 'b', 'c'];
for (let pair of arr.entries()) {
  console.log(pair);
}
// [0, 'a']
// [1, 'b']
// [2, 'c']

4、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。

// 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'

注意：并不是所有类似数组的对象（存在数值键名和length属性）都具有 Iterator 接口

// 这是一个类似数组的对象，但是它没有 Iterator 接口
let arrayLike = { length: 2, 0: 'a', 1: 'b' };

但是我们可以对这些类似数组的对象部署 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，例如：

NodeList.prototype[Symbol.iterator] = Array.prototype[Symbol.iterator];
// 或者
NodeList.prototype[Symbol.iterator] = [][Symbol.iterator];

NodeList 对象是类似数组的对象，本来就具有遍历接口，可以直接遍历。上面代码中，我们将它的遍历接口改成数组的Symbol.iterator属性，没有任何影响。

下面是一个类似数组的对象调用数组的 Symbol.iterator 方法的例子。

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'
}

注意，普通对象部署数组的 Symbol.iterator 方法，并无效果。

let iterable = {
  a: 'a',
  b: 'b',
  c: 'c',
  length: 3,
  [Symbol.iterator]: Array.prototype[Symbol.iterator]
};
for (let item of iterable) {
  console.log(item); // undefined, undefined, undefined
}

5、对于普通的对象，for…of 结构不能直接使用

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。

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。

let obj = {
  name: 'webchang',
  age: 18
}

// Uncaught TypeError: obj is not iterable
for (let item of obj) {
  console.log(item);
}

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）。

class RangeIterator {
  constructor(start, end) {
    this.value = start;
    this.stop = end;
  }

  [Symbol.iterator]() {
    return this;
  }

  next() {
    let value = this.value;
    if (value < this.stop) {
      this.value++;
      return {value: this.value, done: false};
    }

    return {value: undefined, done: true}
  }
}

let range = new RangeIterator(0,3);
for (let item of range) {
  console.log(item);
}
console.log(range);

上面代码是一个类部署 Iterator 接口的写法。Symbol.iterator属性对应一个函数，执行后返回当前对象的遍历器对象。

下面是另一个为对象添加 Iterator 接口的例子。

let obj = {
  data: ['web', 'chang'],
  [Symbol.iterator]: function () {
    let self = this;
    let index = 0;
    return {
      next: function () {
        if (index < self.data.length) {
          return {value: self.data[index++], done: false}
        }
        return {value: undefined, done: true}
      }
    }
  }
}
for (let item of obj) {
  console.log(item); // "web" "chang"
}

一个案例：

// 想要通过 for of 循环直接遍历出 price 对象中 a、b、c 三个属性对应数组的最小值
let price = {
  a: [1, 2, 3],
  b: [6, 5, 4],
  c: [8, 7, 9],
  [Symbol.iterator]() {

    let arr = []
    for (let [key, value] of Object.entries(this)) {
      arr.push(Math.min(...value));
    }

    let index = 0;

    return {
      next() {
        if (index < arr.length) {
          return {value: arr[index++], done: false}
        }
        return {value: undefined, done: true}
      }
    }
  }
}

for (let item of price) {
  console.log(item); // 1 4 7
}

6、与其他遍历语法的比较

（1）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。

for (var index = 0; index < myArray.length; index++) {
  console.log(myArray[index]);
}

（2）原始的 for 循环写法比较麻烦，因此数组提供内置的forEach方法。

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。

（3）for...in 循环可以遍历数组的键名。

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的，“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。

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原始发表：2021-02-09 ，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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