《javascript高级程序设计》学习笔记 | 7.3.生成器

Posted 2021-09-14 小讴

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生成器

• ES6 新增的结构，可以在一个函数块内暂停和恢复代码执行，可以自定义迭代器和实现协程

相关代码 →

生成器基础

• 生成器的形式是一个函数，函数名称前加一个星号*
• 可以定义函数的地方，都可以定义生成器（箭头函数除外）

function* generatorFn() {} // 生成器函数声明
let gfn = function* () {} // 生成器函数表达式
let foo = {
  *generatorFn() {}, // 生成器函数作为对象字面量方法
}
class Foo {
  *generatorFn() {} // 生成器函数作为类实例方法
}
class FooStatic {
  static *generatorFn() {} // 生成器函数作为类静态方法
}

• 调用生成器函数会产生一个生成器对象，生成器对象实现了 Iterator 接口，具有next()方法

const g = generatorFn() // 调用生成器函数，产生生成器对象
console.log(g) // generatorFn {<suspended>}，生成器对象
console.log(g.next) // 生成器对象具有next()方法

• next()方法的返回值类似于迭代器，有done 属性和value 属性
• 函数体为空的生成器调用一次next()就会达到done:true状态

console.log(g.next()) // { value: undefined, done: true }，函数体为空

• 可以通过生成器函数的返回值指定value的返回值（默认为 undefined）

function* generatorFn2() {
  return \'foo\'
}
const g2 = generatorFn2()
console.log(g2.next()) // { value: \'foo\', done: true }
console.log(g2.next()) // { value: undefined, done: true }，耗尽

• 生成器函数只会在初次调用next()方法后开始执行

function* generatorFn3() {
  console.log(\'生成器函数开始执行\')
}
const g3 = generatorFn3() // 调用生成器函数，产生生成器对象（生成器函数还未执行，不打印日志）
g3.next() // \'生成器函数开始执行\'，初次调用next()方法，生成器函数开始执行，打印日志

• 生成器对象实现了 Iterable 接口，其默认迭代器是自引用的

function* generatorFn4() {}
console.log(generatorFn4) // ƒ* generatorFn4() {}，生成器函数

const g4 = generatorFn4()
console.log(g4) // generatorFn4 {<suspended>}，生成器对象

console.log(g4[Symbol.iterator]) // ƒ [Symbol.iterator]() { [native code] }，迭代器工厂函数
console.log(g4[Symbol.iterator]()) // generatorFn4 {<suspended>}，迭代器

console.log(g4 === g4[Symbol.iterator]()) // true，生成器对象的默认迭代器是自引用的

通过 yield 中断执行

• yield关键字可以让生成器停止和开始执行：

  • 生成器遇到yield关键字之前正常执行
  • 遇到yield关键字后停止执行，函数作用域的状态被保留
  • 停止执行的生成器函数通过生成器对象调用next()方法恢复执行

function* generatorFn5() {
  yield
}
let g5 = generatorFn5()
console.log(g5.next()) // { value: undefined, done: false }，yield生成的值
console.log(g5.next()) // { value: undefined, done: true }，恢复执行生成的值

• yield关键字与函数的return语句作用相似，其生成的值会出现在next()方法返回的对象里，但done的状态不同：

  • 通过yield关键字退出的生成器函数会处在done:false状态
  • 通过return关键字退出的生成器函数会处在done:true状态

function* generatorFn6() {
  yield \'foo\'
  yield \'bar\'
  return \'baz\'
}
let g6 = generatorFn6()
console.log(g6.next()) // { value: \'foo\', done: false }，yield关键字退出
console.log(g6.next()) // { value: \'bar\', done: false }，yield关键字退出
console.log(g6.next()) // { value: \'baz\', done: true }，return关键字退出

• 同一个生成器函数的不同生成器对象之间没有联系，一个生成器对象上调用next()方法不影响其他生成器

let g7 = generatorFn6() // 生成器对象g7
let g8 = generatorFn6() // 生成器对象g8

console.log(g7.next()) // { value: \'foo\', done: false }
console.log(g8.next()) // { value: \'foo\', done: false }
console.log(g8.next()) // { value: \'bar\', done: false }
console.log(g7.next()) // { value: \'bar\', done: false }

• yield关键字必须在生成器函数内部，直接位于生成器函数定义中使用，用在其他地方或嵌套的非生成器函数会报错

function* validGeneratorFn() {
  yield \'result\'
}
function* invalidGeneratorFnA() {
  function a() {
    yield \'result\' // SyntaxError: Unexpected string
  }
}
function* invalidGeneratorFnB() {
  const b = () => {
    yield \'result\' // SyntaxError: Unexpected string
  }
}
function* invalidGeneratorFnC() {
  ;(() => {
    yield \'result\' // SyntaxError: Unexpected string
  })()
}

生成器对象作为可迭代对象

• 把生成对象当成可迭代对象

function* generatorFn7() {
  // 生成器函数
  yield 1
  yield 2
  yield 3
}
for (const x of generatorFn7()) {
  // 调用生成器函数generatorFn7，generatorFn7()是生成器对象
  console.log(x)
  /* 
    1
    2
    3
  */
}

• 使用生成器控制迭代循环的次数

function* nTimes(n) {
  while (n--) {
    console.log(n)
    yield
  }
}
for (let _ of nTimes(3)) {
  console.log(_)
  /* 
    2，第1次循环n
    undefined，第1次循环yield
    1，第2次循环n
    undefined，第2次循环yield
    0，第3次循环n
    undefined，第3次循环yield
  */
}

使用 yield 实现输入和输出

• 除了作为函数的中间返回语句使用，yield关键字还可以作为函数的中间参数使用

  • 上一次让生成器函数暂停的yield关键字会接收到传给next()方法的第一个值
  • 第一次调用next()传入的值不会被使用，因为仅仅是为了开始执行生成器函数

function* generatorFn8() {
  console.log(yield)
  console.log(yield)
  console.log(yield)
}
let g9 = generatorFn8() // 调用生成器函数，产生生成器对象
g9.next(\'bar\') // 第一次调用next()的值不会被使用，仅作为开始执行生成器函数
g9.next(\'baz\') // \'baz\'，调用next()传入baz，参数作为交给同一个yield的值
g9.next(\'qux\') // \'qux\'，调用next()传入qux，参数作为交给同一个yield的值

• yield关键字同时用于输入和输出（与return关键字同时使用）

  • next()方法没有参数，生成器函数直到遇到yield关键字停止执行
  • next()方法有参数，参数作为交给同一个 yield 的值，生成器函数执行return返回本次传入的值

function* generatorFn9() {
  return yield \'foo\'
}
let g10 = generatorFn9()
console.log(g10.next()) // { value: \'foo\', done: false }，next()没有参数，遇到yield关键字暂停执行，并计算要产生的值
console.log(g10.next(\'bar\')) // { value: \'bar\', done: true }，next()有参数，参数作为交给同一个yield的值，相当于return \'bar\'

• yield关键字多次使用

function* generatorFn10() {
  for (let i = 0; ; i++) {
    yield i
  }
}
let g11 = generatorFn10()
console.log(g11.next()) // { value: 0, done: false }
console.log(g11.next()) // { value: 1, done: false }
console.log(g11.next()) // { value: 2, done: false }
console.log(g11.next()) // { value: 3, done: false }

• 根据迭代次数产生相应索引

function* nTimes(n) {
  let i = 0
  while (n--) {
    yield i++
  }
}
for (let x of nTimes(3)) {
  console.log(x)
  /* 
    0
    1
    2
  */
}

• 使用生成器实现范围

function* range(start, end) {
  while (end > start) {
    yield start++
  }
}
for (const x of range(4, 7)) {
  console.log(x)
  /* 
    4
    5
    6
  */
}

• 使用生成器填充数组

function* zeros(n) {
  while (n--) {
    yield 0
  }
}
console.log(zeros(8)) // zeros {<suspended>}，生成器对象
console.log(Array.from(zeros(8))) // [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]，生成器对象作为可迭代对象

• 使用生成器实现斐波那契数列

function* fibonacci() {
  let arr = [0, 1]
  let [prev, curr] = arr
  while (true) {
    ;[prev, curr] = [curr, prev + curr]
    arr.push(curr)
    yield arr
  }
}
function Fibonacci(n) {
  if (n === 1) {
    // 第1项
    return 0
  } else if (n === 2 || n === 3) {
    // 第2、3项
    return 1
  } else {
    // 第4项或之后
    let num = 0
    const fibo = fibonacci()
    for (let i = 3; i <= n; i++) {
      num = fibo.next().value
    }
    return num
  }
}
console.log(Fibonacci(8).join()) // 0,1,1,2,3,5,8,13

产生可迭代对象

• 用星号*增强yield，让其能够迭代一个可迭代对象，yield*将一个可迭代对象序列化为一连串单独产出的值

function* generatorFn11() {
  yield* [1, 2, 3]
}
let g12 = generatorFn11()
for (const x of generatorFn11()) {
  console.log(x)
  /* 
    1
    2
    3
  */
}

// 等价于
function* generatorFn11() {
  for (const x of [1, 2, 3]) {
    yield x
  }
}

• yield*的值是关联迭代器返回done:true时value的属性：

  • 对于普通迭代器，done:true代表迭代器耗尽，这个值是 undefined

  function* generatorFn12() {
    console.log(\'iterValue\', yield* [1, 2, 3])
  }
  for (const x of generatorFn12()) {
    console.log(\'value\', x)
    /* 
    value 1
    value 2
    value 3
    iterValue undefined
  */
  }

• 对于生成器函数产生的迭代器，done:true的值是return 返回的值（没有 return 值则返回 undefined）

function* innerGeneratorFn() {
  yield \'foo\'
  return \'bar\'
}
function* outerGeneratorFn() {
  console.log(\'iterValue\', yield* innerGeneratorFn())
}
for (const x of outerGeneratorFn()) {
  console.log(\'value\', x)
  /* 
  value foo
  iterValue bar
*/
}

使用 yield*实现递归算法

• 用yield*实现递归，此时生成器可以产生自身

function* nTimes(n) {
  if (n > 0) {
    yield* nTimes(n - 1) // 生成器对象作为可迭代对象
    yield n
  }
}
for (const x of nTimes(3)) {
  console.log(x)
  /*
    1
    2
    3
  */
}

生成器作为默认迭代器

• 生成器对象实现了Iterable接口，生成器函数和默认迭代器被调用之后都产生迭代器

class Foo2 {
  // Foo既是迭代器，又是生成器函数
  constructor() {
    this.values = [1, 2, 3]
  }
  *[Symbol.iterator]() {
    yield* this.values
  }
}
const f = new Foo2() // 产生可迭代的生成器对象
for (const x of f) {
  console.log(x)
  /* 
    1
    2
    3
  */
}

提前终止生成器

• 一个实现Iterator接口的对象一定有next()方法，还有一个可选的return()方法，生成器还有第三个方法throw()
• return()和throw()都可以用于强制生成器进入关闭状态

function* generatorFn13() {}
let g13 = generatorFn13() // 生成器对象

console.log(g13.next) // ƒ next() { [native code] }
console.log(g13.return) // ƒ return() { [native code] }
console.log(g13.throw) // ƒ throw() { [native code] }

return

return()方法返回种种迭代器对象的值（即 return()方法的参数）

function* generatorFn14() {
  yield* [1, 2, 3]
}
let g14 = generatorFn14()

console.log(g14) // generatorFn14 {<suspended>}
console.log(g14.return(5)) // {value: 5, done: true}
console.log(g14) // generatorFn14 {<closed>}

• 通过return()方法进入关闭状态的生成器对象，后续调用next()都会显示done:true状态，后续提供的任何返回值都不再被存储或传播

console.log(g14.next()) // { value: undefined, done: true }，已经调用过return()
console.log(g14.next()) // { value: undefined, done: true }
console.log(g14.next()) // { value: undefined, done: true }

• for-of等内置语言结构会忽略状态为done:true的迭代器对象内部返回的值（忽略 undefined）

let g15 = generatorFn14()
for (const x of g15) {
  x > 1 && g15.return() // x大于1则停止生成器
  console.log(x)
  /* 
    1
    2
    自动忽略done:true返回的value(undefined)
  */
}

throw

• throw()方法会在暂停的时候，将一个提供的错误注入到生成器对象中

  • 如果错误未被处理，则生成器关闭

  function* generatorFn15() {
    yield* [1, 2, 3]
  }
  let g16 = generatorFn15()
  
  console.log(g16) // generatorFn15 {<suspended>}
  try {
    g16.throw(\'foo\') // 注入错误
  } catch (err) {
    console.log(err) // \'foo\'
  }
  console.log(g16) // generatorFn15 {<closed>}，错误未被处理，生成器关闭

• 如果错误在生成器函数内部处理，则生成器不会关闭，且可以恢复执行；错误处理会跳过对应的yield

function* generatorFn16() {
  for (const x of [1, 2, 3]) {
    // 错误在生成器的try/catch块中抛出 -> （生成器对象已开始执行）在生成器内部被捕获
    // 若生成器对象未开始执行，则throw()抛出的错误不会在生成器内部被捕获
    try {
      yield x // 在yield关键字处暂停执行
    } catch (err) {
      console.log(err) // \'foo\'
    }
  }
}
let g17 = generatorFn16()

console.log(g17.next()) // { value: 1, done: false }
g17.throw(\'foo\') // 注入错误
console.log(g17.next()) // { value: 3, done: false }，跳过对应的yield

总结 & 问点

• 什么是生成器？哪些函数可以定义生成器？
• 如何获取生成器对象？如何指定生成器 next()方法的 value 返回值？生成器函数什么时候开始执行？
• 如何理解“生成器对象的默认迭代器是自引用”的？
• yield 关键字在生成器中的作用是什么？其和 return 关键字的返回值有什么不同
• 同一个生成器方法生成的不同生成器对象之间有联系么？

• 请使用生成器函数和 yield 关键字，分别用代码实现以下功能：

  • 迭代 5 次，获取每次迭代值和索引
  • 获取大于 3 小于 9 的整数
  • 从 1 开始，填充长度为 6 的自增数组
  • 求出斐波那契数列第 20 项数字的值（从 0 算起）
• yield*的作用是什么？在普通迭代器、生成器函数产生的迭代器中，yield*的值分别是什么？
• 如何将生成器作为默认迭代器？return()和 throw()方法提前终止生成器的用法分别是什么？