ES6 之 Set数据结构和Map数据结构 Iterator和for...of循环

Posted 2020-08-25 One Place

ECMAScript 6 入门

Set数据结构

基本用法

ES6提供了新的数据结构Set。它类似于数组，但是成员的值都是唯一的，没有重复的值。

Set本身是一个构造函数，用来生成Set数据结构。

var s = new Set();

[2, 3, 5, 4, 5, 2, 2].map(x => s.add(x));

for (let i of s) {
  console.log(i);
}
// 2 3 5 4

上面代码通过add方法向Set结构加入成员，结果表明Set结构不会添加重复的值。

向Set加入值的时候，不会发生类型转换，所以5和"5"是两个不同的值。Set内部判断两个值是否不同，使用的算法叫做“Same-value equality”，它类似于精确相等运算符（===），主要的区别是NaN等于自身，而精确相等运算符认为NaN不等于自身。

另外，两个对象总是不相等的。

let set = new Set();

set.add({});
set.size // 1

set.add({});
set.size // 2

上面代码表示，由于两个空对象不相等，所以它们被视为两个值。

Set实例的属性和方法

Set结构的实例有以下属性。

Set.prototype.constructor：构造函数，默认就是Set函数。
Set.prototype.size：返回Set实例的成员总数。

Set实例的方法分为两大类：

1. 操作方法（用于操作数据）
2. 遍历方法（用于遍历成员）

1 操作方法

add(value)：添加某个值，返回Set结构本身。
delete(value)：删除某个值，返回一个布尔值，表示删除是否成功。
has(value)：返回一个布尔值，表示该值是否为Set的成员。
clear()：清除所有成员，没有返回值。

2 遍历方法

Set结构的实例有四个遍历方法，可以用于遍历成员。

keys()：返回键名的遍历器
values()：返回键值的遍历器
entries()：返回键值对的遍历器
forEach()：使用回调函数遍历每个成员
需要特别指出的是，Set的遍历顺序就是插入顺序。这个特性有时非常有用，比如使用Set保存一个回调函数列表，调用时就能保证按照添加顺序调用。

（1）keys()，values()，entries()

keys方法、values方法、entries方法返回的都是遍历器对象（详见《Iterator 对象》一章）。由于 Set 结构没有键名，只有键值（或者说键名和键值是同一个值），所以keys方法和values方法的行为完全一致。

上面代码中，entries方法返回的遍历器，同时包括键名和键值，所以每次输出一个数组，它的两个成员完全相等。

Set结构的实例默认可遍历，它的默认遍历器生成函数就是它的values方法。

Set.prototype[Symbol.iterator] === Set.prototype.values
// true

这意味着，可以省略values方法，直接用for...of循环遍历Set。

let set = new Set([\'red\', \'green\', \'blue\']);

for (let x of set) {
  console.log(x);
}
// red
// green
// blue

（2）forEach()

Set结构的实例的forEach方法，用于对每个成员执行某种操作，没有返回值。

let set = new Set([1, 2, 3]);
set.forEach((value, key) => console.log(value * 2) )
// 2
// 4
// 6

上面代码说明，forEach方法的参数就是一个处理函数。该函数的参数依次为键值、键名、集合本身（上例省略了该参数）。另外，forEach方法还可以有第二个参数，表示绑定的this对象。

WeakSet数据结构

WeakSet结构与Set类似，也是不重复的值的集合。但是，它与Set有两个区别。

首先，WeakSet的成员只能是对象，而不能是其他类型的值。

其次，WeakSet中的对象都是弱引用，即垃圾回收机制不考虑WeakSet对该对象的引用，也就是说，如果其他对象都不再引用该对象，那么垃圾回收机制会自动回收该对象所占用的内存，不考虑该对象还存在于WeakSet之中。这个特点意味着，无法引用WeakSet的成员，因此WeakSet是不可遍历的。

Map数据结构

Map结构的目的和基本用法

javascript的对象（Object），本质上是键值对的集合（Hash结构），但是传统上只能用字符串当作键。这给它的使用带来了很大的限制。

为了解决这个问题，ES6提供了Map数据结构。

Map结构类似于对象，也是键值对的集合，但是“键”的范围不限于字符串，各种类型的值（包括对象）都可以当作键。也就是说，Object结构提供了“字符串—值”的对应，Map结构提供了“值—值”的对应，是一种更完善的Hash结构实现。如果你需要“键值对”的数据结构，Map比Object更合适。

Map的键实际上是跟内存地址绑定的，只要内存地址不一样，就视为两个键。这就解决了同名属性碰撞（clash）的问题，我们扩展别人的库的时候，如果使用对象作为键名，就不用担心自己的属性与原作者的属性同名。

如果Map的键是一个简单类型的值（数字、字符串、布尔值），则只要两个值严格相等，Map将其视为一个键，包括0和-0。另外，虽然NaN不严格相等于自身，但Map将其视为同一个键。

实例的属性和操作方法

Map结构的实例有以下属性和操作方法。

（1）size属性

size属性返回Map结构的成员总数。

（2）set(key, value)

set方法设置key所对应的键值，然后返回整个Map结构。如果key已经有值，则键值会被更新，否则就新生成该键。

set方法返回的是Map本身，因此可以采用链式写法。

let map = new Map()
  .set(1, \'a\')
  .set(2, \'b\')
  .set(3, \'c\');

（3）get(key)

get方法读取key对应的键值，如果找不到key，返回undefined。

（4）has(key)

has方法返回一个布尔值，表示某个键是否在Map数据结构中。

（5）delete(key)

delete方法删除某个键，返回true。如果删除失败，返回false。

（6）clear()

clear方法清除所有成员，没有返回值。

遍历方法

Map原生提供三个遍历器生成函数和一个遍历方法。

keys()：返回键名的遍历器。
values()：返回键值的遍历器。
entries()：返回所有成员的遍历器。
forEach()：遍历Map的所有成员。
需要特别注意的是，Map的遍历顺序就是插入顺序。

WeakMap

WeakMap结构与Map结构基本类似，唯一的区别是它只接受对象作为键名（null除外），不接受其他类型的值作为键名，而且键名所指向的对象，不计入垃圾回收机制。

WeakMap与Map在API上的区别主要是两个，一是没有遍历操作（即没有key()、values()和entries()方法），也没有size属性；二是无法清空，即不支持clear方法。这与WeakMap的键不被计入引用、被垃圾回收机制忽略有关。因此，WeakMap只有四个方法可用：get()、set()、has()、delete()。

Iterator和for...of循环

Iterator（遍历器）的概念

Iterator，本意 迭代，迭代器的意思。

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。

由于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，或者说用遍历器对象模拟出数据结构。

遍历器生成函数，返回一个遍历器对象（即指针对象）。

在ES6中，有些数据结构原生具备Iterator接口（比如数组），即不用任何处理，就可以被for...of循环遍历，有些就不行（比如对象）。原因在于，这些数据结构原生部署了Symbol.iterator属性（详见下文），另外一些数据结构没有。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(即通过Symbol.iterator获取到编辑器生成函数，调用这个函数，就返回一个遍历器对象)。

数据结构的默认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(即Iterator接口主要供for...of消费)。

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(遍历器对象)。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。

const obj = {
  [Symbol.iterator] : function () {
    return {
      next: function () {
        return {
          value: 1,
          done: true
        };
      }
    };
  }
};

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。该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。

在ES6中，有三类数据结构原生具备Iterator接口：数组、某些类似数组的对象、Set和Map结构。

原生就部署Iterator接口的数据结构有三类，对于这三类数据结构，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。

对于类似数组的对象（存在数值键名和length属性），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。

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

[...document.querySelectorAll(\'div\')] // 可以执行了

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。

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

（2）扩展运算符

（3）yield*

（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。

遍历器对象的return()，throw()

遍历器对象除了具有next方法，还可以具有return方法和throw方法。如果你自己写遍历器对象生成函数，那么next方法是必须部署的，return方法和throw方法是否部署是可选的。

return方法的使用场合是，如果for...of循环提前退出（通常是因为出错，或者有break语句或continue语句），就会调用return方法。如果一个对象在完成遍历前，需要清理或释放资源，就可以部署return方法。

function readLinesSync(file) {
  return {
    next() {
      if (file.isAtEndOfFile()) {
        file.close();
        return { done: true };
      }
    },
    return() {
      file.close();
      return { done: true };
    },
  };
}

上面代码中，函数readLinesSync接受一个文件对象作为参数，返回一个遍历器对象，其中除了next方法，还部署了return方法。下面，我们让文件的遍历提前返回，这样就会触发执行return方法。

for (let line of readLinesSync(fileName)) {
  console.log(line);
  break;
}

注意，return方法必须返回一个对象，这是Generator规格决定的。

for...of循环

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。

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。

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。

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。

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。

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。
• 不同用于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。

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。