JavaScript中的生成器与迭代器详解

发布时间：2023年12月17日

一、迭代器与可迭代对象

1.什么是迭代器

迭代器（iterator），使用户在容器对象（container，例如链表或数组）上遍访的对象，使用该接口无需关心对象的内部实现细节。

其行为像数据库中的光标，迭代器最早出现在1974年设计的CLU编程语言中；
在各种编程语言的实现中，迭代器的实现方式各不相同，但是基本都有迭代器，比如Java、Python等；

从迭代器的定义我们可以看出来，迭代器是帮助我们对某个数据结构进行遍历的对象。

在JavaScript中，迭代器也是一个具体的对象，这个对象需要符合迭代器协议（iterator protocol）：

迭代器协议定义了产生一系列值（无论是有限还是无限个）的标准方式；
在JavaScript中这个标准就是一个特定的next方法；

next方法有如下的要求：

一个无参数或者一个参数的函数，返回一个应当拥有以下两个属性的对象：
done（boolean）
- 如果迭代器可以产生序列中的下一个值，则为 false。（这等价于没有指定 done 这个属性。）
- 如果迭代器已将序列迭代完毕，则为 true。这种情况下，value 是可选的，如果它依然存在，即为迭代结束之后的默认返回值。
value
- 迭代器返回的任何 JavaScript 值。done 为 true 时可省略。

const names = ["abc", "cba", "nba"]

// 给数组names创建一个迭代器(迭代器: names的跌大气)
let index = 0
const namesIterator = {
    next: function() {
        // done: Boolean
        // value: 具体值/undefined
        if (index < names.length) {
            return { done: false, value: names[index++] }
        } else {
            return { done: true }
        }
    }
}

console.log(namesIterator.next())
console.log(namesIterator.next())
console.log(namesIterator.next())
console.log(namesIterator.next())

// 数组nums
const nums = [100, 24, 55, 66, 86]

let indexNum = 0
const numsIterator = {
    next: function() {
        // done: Boolean
        // value: 具体值/undefined
        if (indexNum < nums.length) {
            return { done: false, value: nums[indexNum++] }
        } else {
            return { done: true }
        }
    }
}

创建数组迭代器

const names = ["abc", "cba", "nba"]
const nums = [100, 24, 55, 66, 86]

// 封装一个函数
function createArrayIterator(arr) {
    let index = 0
    return {
        next: function() {
            if (index < arr.length) {
                return { done: false, value: arr[index++] }
            } else {
                return { done: true }
            }
        }
    }
}

const namesIterator = createArrayIterator(names)
console.log(namesIterator.next())
console.log(namesIterator.next())
console.log(namesIterator.next())
console.log(namesIterator.next())

const numsIterator = createArrayIterator(nums)
console.log(numsIterator.next())
console.log(numsIterator.next())
console.log(numsIterator.next())
console.log(numsIterator.next())
console.log(numsIterator.next())
console.log(numsIterator.next())

2.可迭代对象

但是上面的代码整体来说看起来是有点奇怪的：

我们获取一个数组的时候，需要自己创建一个index变量，再创建一个所谓的迭代器对象；
事实上我们可以对上面的代码进行进一步的封装，让其变成一个可迭代对象；

什么又是可迭代对象呢？

它和迭代器是不同的概念；
当一个对象实现了iterable protocol协议时，它就是一个可迭代对象；
这个对象的要求是必须实现 @@iterator 方法，在代码中我们使用 Symbol.iterator 访问该属性；

当然我们要问一个问题，我们转成这样的一个东西有什么好处呢？

当一个对象变成一个可迭代对象的时候，就可以进行某些迭代操作；
比如 for…of 操作时，其实就会调用它的 @@iterator 方法；

const iterableObj = {
    friends: ["Kobe", "Yaoming", "James"],
    [Symbol.iterator]: function () {
        let index = 0
        return {
            next: () => {
                if (index < this.friends.length) {
                    return {done: false, value: this.friends[index++]}
                } else {
                    return {done: true}
                }
            }
        }
    }
}
for (const item of iterableObj) {
    console.log(item)
}
const objIterator = iterableObj[Symbol.iterator]()
console.log(objIterator.next())
console.log(objIterator.next())

优化版本

const info = {
    name: "zhangsan",
    age: 18,
    height: 1.88,
    [Symbol.iterator]: function () {
        let index = 0
        const entries = Object.entries(this)
        const iterator = {
            next: function () {
                if (index < entries.length) {
                    return {done: false, value: entries[index++]}
                } else {
                    return {done: true}
                }
            }
        }
        return iterator
    }
}

3.原生迭代器对象

事实上我们平时创建的很多原生对象已经实现了可迭代协议，会生成一个迭代器对象的：

String、Array、Map、Set、arguments对象、NodeList集合；

// 1.数组
// const names = ["abc", "cba", "nba"]
// for (const name of names) {
//   console.log(name)
// }
// console.log(names[Symbol.iterator]())

// 2.Set
// const set = new Set(["abc", "cba", "nba"])
// for (const item of set) {
//   console.log(item)
// }
// const setIterator = set[Symbol.iterator]()
// console.log(setIterator.next())
// console.log(setIterator.next())
// console.log(setIterator.next())
// console.log(setIterator.next())

// 3.arguments
function foo() {
    for (const arg of arguments) {
        console.log(arg)
    }
}

foo(123, 321, 111, 222)

4.可迭代对象的应用

那么这些东西可以被用在哪里呢？

JavaScript中语法：for-of、展开语法（spread syntax）、yield*（后面讲）、解构赋值（Destructuring_assignment）；
创建一些对象时：new Map([Iterable])、new WeakMap([iterable])、new Set([iterable])、new WeakSet([iterable]);
一些方法的调用：Promise.all(iterable)、Promise.race(iterable)、Array.from(iterable);

// 1.数组
// const names = ["abc", "cba", "nba"]
// for (const name of names) {
//   console.log(name)
// }
// console.log(names[Symbol.iterator]())

// 2.Set
// const set = new Set(["abc", "cba", "nba"])
// for (const item of set) {
//   console.log(item)
// }
// const setIterator = set[Symbol.iterator]()
// console.log(setIterator.next())
// console.log(setIterator.next())
// console.log(setIterator.next())
// console.log(setIterator.next())

// 3.arguments
function foo() {
    for (const arg of arguments) {
        console.log(arg)
    }
}

foo(123, 321, 111, 222)

二、自定义类的迭代器

1.自定义类的迭代

在前面我们看到Array、Set、String、Map等类创建出来的对象都是可迭代对象：

在面向对象开发中，我们可以通过class定义一个自己的类，这个类可以创建很多的对象：
如果我们也希望自己的类创建出来的对象默认是可迭代的，那么在设计类的时候我们就可以添加上 @@iterator 方法；

案例：创建一个classroom的类

教室中有自己的位置、名称、当前教室的学生；
这个教室可以进来新学生（push）；
创建的教室对象是可迭代对象；

class Classroom {
    constructor(position, name, studentList) {
        this.position = position
        this.name = name
        this.studentList = studentList
    }
    push(student) {
        this.studentList.push(student)
    }
    [Symbol.iterator]() {
        let index = 0
        const iterator = {
            next: () => {
                if (index < this.studentList.length) {
                    return {done: false, value: this.studentList[index++]}
                } else {
                    return {done: true}
                }
            }
        }
        return iterator
    }

}

const classroom = new Classroom("二楼", "高三二班", ["张三", "李四", "王五"])
classroom[Symbol.iterator]()
for (const stu of classroom) {
    console.log(stu)
}

三、迭代器的中断

迭代器在某些情况下会在没有完全迭代的情况下中断：

比如遍历的过程中通过break、return、throw中断了循环操作；
比如在解构的时候，没有解构所有的值；

那么这个时候我们想要监听中断的话，可以添加return方法：

class Classroom {
    constructor(position, name, studentList) {
        this.position = position
        this.name = name
        this.studentList = studentList
    }
    push(student) {
        this.studentList.push(student)
    }
    [Symbol.iterator]() {
        let index = 0
        const iterator = {
            next: () => {
                if (index < this.studentList.length) {
                    return {done: false, value: this.studentList[index++]}
                } else {
                    return {done: true}
                }
            },
            return() {
                console.log("我被中断啦")
                return {done: true}
            }
        }
        return iterator
    }

}

const classroom = new Classroom("二楼", "高三二班", ["张三", "李四", "王五"])
classroom[Symbol.iterator]()
for (const stu of classroom) {
    console.log(stu)
    if (stu === "李四") {
        break
    }
}

四、生成器的理解和作用

1.什么是生成器？

生成器是ES6中新增的一种函数控制、使用的方案，它可以让我们更加灵活的控制函数什么时候继续执行、暂停执行等。

平时我们会编写很多的函数，这些函数终止的条件通常是返回值或者发生了异常。

生成器函数也是一个函数，但是和普通的函数有一些区别：

首先，生成器函数需要在function的后面加一个符号：*
其次，生成器函数可以通过yield关键字来控制函数的执行流程：
最后，生成器函数的返回值是一个Generator（生成器）：
- 生成器事实上是一种特殊的迭代器；
- MDN：Instead, they return a special type of iterator, called a Generator.

/*
      生成器函数: 
        1.function后面会跟上符号: *
        2.代码的执行可以被yield控制
        3.生成器函数默认在执行时, 返回一个生成器对象
          * 要想执行函数内部的代码, 需要生成器对象, 调用它的next操作
          * 当遇到yield时, 就会中断执行
    */

// 1.定义了一个生成器函数
function* foo() {
    console.log("1111")
    console.log("2222")
    yield
    console.log("3333")
    console.log("4444")
    yield
    console.log("5555")
    console.log("6666")
}

// 2.调用生成器函数, 返回一个 生成器对象
const generator = foo()
// 调用next方法
generator.next()
generator.next()
generator.next()

2.生成器传递参数 – next函数

函数既然可以暂停来分段执行，那么函数应该是可以传递参数的，我们是否可以给每个分段来传递参数呢？

答案是可以的；
我们在调用next函数的时候，可以给它传递参数，那么这个参数会作为上一个yield语句的返回值；
注意：也就是说我们是为本次的函数代码块执行提供了一个值；

function* foo (param) {
    const value1 = yield param + "111"
    const value2 = yield value1 + "222"
    const value3 = yield value2 + "333"

    }

const f1 = foo("abc")
const result1 = f1.next()
console.log(result1.value)// abc111
const result2 = f1.next(result1.value)
console.log(result2.value)// abc111222
const result3 = f1.next(result2.value)
console.log(result3.value)// abc111222333
console.log(f1.next())

3.生成器提前结束 – return函数

还有一个可以给生成器函数传递参数的方法是通过return函数：

return传值后这个生成器函数就会结束，之后调用next不会继续生成值了；

function* foo2 () {
    const value1 = yield 111
    console.log("value1" + value1)
    const value2 = yield value1
    const value3 = yield value2
}
const f2 = foo2()
console.log(f2.next())
console.log(f2.return(123))
console.log(f2.next())

4.生成器抛出异常 – throw函数

除了给生成器函数内部传递参数之外，也可以给生成器函数内部抛出异常：

抛出异常后我们可以在生成器函数中捕获异常；
但是在catch语句中不能继续yield新的值了，但是可以在catch语句外使用yield继续中断函数的执行；

function* foo3 () {
    const value1 = yield 111
    console.log("value1" + value1)
    const value2 = yield value1
    const value3 = yield value2
}
const f2 = foo2()
console.log(f2.next())
console.log(f2.throw(new Error("next2 throw error")))
console.log(f2.next())

5.生成器替代迭代器

我们发现生成器是一种特殊的迭代器，那么在某些情况下我们可以使用生成器来替代迭代器：

// 1.对之前的代码进行重构(用生成器函数)
const names = ["abc", "cba", "nba"]
const nums = [100, 22, 66, 88, 55]

function* createArrayIterator(arr) {
    for (let i = 0; i < arr.length; i++) {
        yield arr[i]
    }
    // yield arr[0]
    // yield arr[1]
    // yield arr[2]
    // return undefined
}

// const namesIterator = createArrayIterator(names)
// console.log(namesIterator.next())
// console.log(namesIterator.next())
// console.log(namesIterator.next())
// console.log(namesIterator.next())

// const numsIterator = createArrayIterator(nums)
// console.log(numsIterator.next())
// console.log(numsIterator.next())
// console.log(numsIterator.next())
// console.log(numsIterator.next())
// console.log(numsIterator.next())
// console.log(numsIterator.next())

// 2.生成器函数, 可以生成某个范围的值
// [3, 9)
function* createRangeGenerator(start, end) {
    for (let i = start; i < end; i++) {
        yield i
    }
}

const rangeGen = createRangeGenerator(3, 9)
console.log(rangeGen.next())
console.log(rangeGen.next())
console.log(rangeGen.next())
console.log(rangeGen.next())
console.log(rangeGen.next())
console.log(rangeGen.next())
console.log(rangeGen.next())
console.log(rangeGen.next())

事实上我们还可以使用yield*来生产一个可迭代对象：

这个时候相当于是一种yield的语法糖，只不过会依次迭代这个可迭代对象，每次迭代其中的一个值；

// 1.yield*替换之前的方案
const names = ["abc", "cba", "nba"]
const nums = [100, 22, 66, 88, 55]

function* createArrayIterator(arr) {
    yield* arr
}

const namesIterator = createArrayIterator(names)
console.log(namesIterator.next())
console.log(namesIterator.next())
console.log(namesIterator.next())
console.log(namesIterator.next())

yield替换类中的实现

class Classroom {
    constructor(position, name, studentList) {
        this.position = position
        this.name = name
        this.studentList = studentList
    }
    push(student) {
        this.studentList.push(student)
    }
    *[Symbol.iterator]() {
        yield* this.studentList
    }

}

const classroom = new Classroom("二楼", "高三二班", ["张三", "李四", "王五"])
classroom[Symbol.iterator]()
for (const stu of classroom) {
    console.log(stu)
}

五、异步处理方案

1.异步处理方案

学完了我们前面的Promise、生成器等，我们目前来看一下异步代码的最终处理方案。

案例需求：

我们需要向服务器发送网络请求获取数据，一共需要发送三次请求；
第二次的请求url依赖于第一次的结果；
第三次的请求url依赖于第二次的结果；
依次类推；

// 封装请求的方法: url -> promise(result)
function requestData(url) {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        setTimeout(() => {
            resolve(url)
        }, 2000)
    })
}
// 方式一: 层层嵌套(回调地狱 callback hell)
function getData() {
    // 1.第一次请求
    requestData("why").then(res1 => {
        console.log("第一次结果:", res1)

        // 2.第二次请求
        requestData(res1 + "kobe").then(res2 => {
            console.log("第二次结果:", res2)

            // 3.第三次请求
            requestData(res2 + "james").then(res3 => {
                console.log("第三次结果:", res3)
            })
        })
    })
}
// 方式二: 使用Promise进行重构(解决回调地狱)
// 链式调用
function getData() {
    requestData("why").then(res1 => {
        console.log("第一次结果:", res1)
        return requestData(res1 + "kobe")
    }).then(res2 => {
        console.log("第二次结果:", res2)
        return requestData(res2 + "james")
    }).then(res3 => {
        console.log("第三次结果:", res3)
    })
}

2.Generator方案

但是上面的代码其实看起来也是阅读性比较差的，有没有办法可以继续来对上面的代码进行优化呢？

使用生成器

function requestUrl(url) {
    return new Promise((resolve, reject) => {
        setTimeout(() => {
            console.log("发送请求到：" + url)
            resolve(url+"/abc")
        }, 3000);
    })
}

function* getList(url) {
    const result1 = yield requestUrl(url)
    const result2 = yield requestUrl(result1)
    const result3 = yield requestUrl(result2)
    }

const listGenerator = getList("baidu")
listGenerator.next().value.then(res => {
    listGenerator.next(res).value.then(res => {
        listGenerator.next(res).value.then(res => {
            console.log("最终的响应结果：" + res)
        })
    })
})

3.自动执行generator函数

目前我们的写法有两个问题：

第一，我们不能确定到底需要调用几层的Promise关系；
第二，如果还有其他需要这样执行的函数，我们应该如何操作呢？

所以，我们可以封装一个工具函数execGenerator自动执行生成器函数：

// 自动化执行生成器函数(了解)
function execGenFn(genFn) {
    // 1.获取对应函数的generator
    const generator = genFn()
    // 2.定义一个递归函数
    function exec(res) {
        // result -> { done: true/false, value: 值/undefined }
        const result = generator.next(res)
        if (result.done) return
        result.value.then(res => {
            exec(res)
        })
    }
    // 3.执行递归函数
    exec()
}

文章来源:https://blog.csdn.net/Welitsi/article/details/135018661
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