Iterator

一、概念

遍历器（Iterator）主要就是为了向JavaScript中的数组（Array）和对象（Object），以及ES6 新加的Map和Set提供一种统一的访问接口机制，来处理不同的数据结构，只要数据结构中实现了Iterator，就可以依次处理其中的所有成员。

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。

二、遍历过程

1.创建一个指针对象，指向当前数据结构的起始位置
2.首次调用指针对象的next方法，指针将指向数据结构的第一个成员，其后依次调用，依次指向后面的成员
3.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为止

每一次调用next方法，都会返回数据结构的当前成员的信息。具体内容是一个包含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。

下面是一个模拟next方法返回值的例子:

var it = makeIterator(['a', 'b']);

it.next() // { value: "a", done: false }
it.next() // { value: "b", done: false }
it.next() // { value: undefined, done: true }

function makeIterator(array) {
  var nextIndex = 0;
  return {
    next: function() {
      return nextIndex < array.length ?
        {value: array[nextIndex++], done: false} :
        {value: undefined, done: true};
    }
  };
}

对于遍历器对象来说，done: false和value: undefined属性都是可以省略的，因此上面的makeIterator函数可以简写成下面的形式:

function makeIterator(array) {
  var nextIndex = 0;
  return {
    next: function() {
      return nextIndex < array.length ?
        {value: array[nextIndex++]} :
        {done: true};
    }
  };
}

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。下面是一个无限运行的遍历器对象的例子:

var it = idMaker();

it.next().value // 0
it.next().value // 1
it.next().value // 2
// ...

function idMaker() {
  var index = 0;

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

如果使用 TypeScript 的写法，遍历器接口（Iterable）、指针对象（Iterator）和next方法返回值的规格可以描述如下:

interface Iterable {
  [Symbol.iterator]() : Iterator,
}

interface Iterator {
  next(value?: any) : IterationResult,
}

interface IterationResult {
  value: any,
  done: boolean,
}

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 中规定，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，如下：

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，都会返回一个具有value和done属性的对象。

ES6 的有些原生数据结构具备Iterator接口（比如数组），即不用任何处理，就可以被 for...of循环遍历。因为这些数据结构原生部署了Symbol.iterator属性，但是另外一些数据结构没有（比如对象）。

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：

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 }

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以）：

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

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

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

function range(start, stop) {
  return new RangeIterator(start, stop);
}

for (var value of range(0, 3)) {
  console.log(value); // 0, 1, 2
}

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。

下面是通过遍历器实现指针结构的例子:

function Obj(value) {
  this.value = value;
  this.next = null;
}

Obj.prototype[Symbol.iterator] = function() {
  var iterator = { next: next };

  var current = this;

  function next() {
    if (current) {
      var value = current.value;
      current = current.next;
      return { done: false, value: value };
    } else {
      return { done: true };
    }
  }
  return iterator;
}

var one = new Obj(1);
var two = new Obj(2);
var three = new Obj(3);

one.next = two;
two.next = three;

for (var i of one){
  console.log(i); // 1, 2, 3
}

上面代码首先在构造函数的原型链上部署Symbol.iterator方法，调用该方法会返回遍历器对象iterator，调用该对象的next方法，在返回一个值的同时，自动将内部指针移到下一个实例。

四、调用 Iterator 接口的场合

• 除了一些默认数据结构会调用 Iterator 接口（即Symbol.iterator方法），还有几个特别的场合：

1.结构赋值
对数组和 Set 结构进行解构赋值时，会默认调用Symbol.iterator方法。

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。

// 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。

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。

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。

• for...of
• Array.from()
• Map(), Set(), WeakMap(), WeakSet()（比如new Map([['a',1],['b',2]])）
• Promise.all()
• Promise.race()

五、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：

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 }

也可以覆盖原生的Symbol.iterator方法，达到修改遍历器行为的目的：

var str = new String("hi");

[...str] // ["h", "i"]

str[Symbol.iterator] = function() {
  return {
    next: function() {
      if (this._first) {
        this._first = false;
        return { value: "bye", done: false };
      } else {
        return { done: true };
      }
    },
    _first: true
  };
};

[...str] // ["bye"]
str // "hi"

六、Symbol.iterator方法的简单实现

Symbol.iterator方法几乎不用部署任何代码，只要用 yield命令给出每一步的返回值即可。

let myIterable = {
  [Symbol.iterator]: function* () {
    yield 1;
    yield 2;
    yield 3;
  }
}
[...myIterable] // [1, 2, 3]

// 或者采用下面的简洁写法

let obj = {
  * [Symbol.iterator]() {
    yield 'hello';
    yield 'world';
  }
};

for (let x of obj) {
  console.log(x);
}
// "hello"
// "world"

七、遍历器对象的 return()，throw()方法

要实现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），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 {
    [Symbol.iterator]() {
      return {
        next() {
          return { done: false };
        },
        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。下面的两种情况，都会触发执行return方法。

// 情况一
for (let line of readLinesSync(fileName)) {
  console.log(line);
  break;
}

// 情况二
for (let line of readLinesSync(fileName)) {
  console.log(line);
  throw new Error();
}

上面代码中，情况一输出文件的第一行以后，就会执行return方法，关闭这个文件。情况二会在执行return方法关闭文件之后，再抛出错误。

• ! 注意，return方法必须返回一个对象，这是 Generator 规格决定的。

throw方法主要是配合 Generator 函数使用，一般的遍历器对象用不到这个方法。

八、默认部署了Symbol.iterator属性的几种数据结构

1.数组

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。所以for...of循环本质上就是调用iterator这个接口产生的遍历器。

for...of循环可以代替数组实例的forEach方法。

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。

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。

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。

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。

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。

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

for...of只能返回遍历器中的值，但是如果想用来获取索引，可以使用entries或keys来实现：

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。

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

3.类似数组的对象
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'

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。

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。

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);
}

4.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。

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

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。

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。

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

九、与其他遍历语法的比较

• for循环

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

• 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

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

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。

for (var n of fibonacci) {
  if (n > 1000)
    break;
  console.log(n);
}

参考

http://es6.ruanyifeng.com/#docs/iterator