03 数据类型与数据结构

ES6 新增了 Synmbol 数据类型和 Set、Map 两种数据据结构,以及衍生的 WeakSet 和 WeakMap。之前工作中基本未用过,惭愧之至,努力学习之。

Symbol 数据类型

Symbol 概述

ES6 引入了一种新的原始数据类型 Symbol,表示独一无二的值。它是 JavaScript 的 第 7 种数据类型,前 6 种分别是:Undefined、Null、布尔值(Boolean)、字符串(String)、数值(Number)和对象(Object)

Symbol 值通过 Symbol 函数生成。注意 Symbol 函数前不能使用 new 命令,否则会报错。这是因为生成的 Symbol 是一个原始类型的值,不是对象,基本上,它是一种类似于字符串的数据类型。

let s = Symbol()
typeof s // 'symbol'

Symbol 函数可以接受一个字符串作为参数,表示对 Symbol 实例的描述,主要是为了在控制台显示,或者转为字符串时比较容易区分。

let s = Symbol('foo')
s.toString() // 'Symbol(foo)'

如果 Symbol 的参数是一个对象,就会调用该对象的 toString 方法,将其转为字符串,然后才生成一个 Symbol 值。

需要注意:每一个 Symbol 值都是不相等的,Symbol 函数的参数只表示对当前 Symbol 值的描述,因此相同参数的 Symbol 函数的返回值是不相等的

Symbol 值不能与其他类型的值进行运算,否则会报错。但 Symbol 值可以显式转为字符串。另外,Symbol 值也可以转为布尔值,但是不能转为数值。

let s = Symbol()
Boolean(s) // true
Number(s) // TypeError

Symbol 属性名遍历

Symbol 作为属性名,该属性不会出现在 for...in、for...of 循环中,也不会被 Object.keys()、Object.getOwnPropertyNames() 返回。但它也不是私有属性,Object.getOwnropertySymbols 方法可以获取指定对象的所有 Symbol 属性名。该方法返回一个数组,成员是当前对象的所有用作属性名的 Symbol 值。

此外,Reflect.ownKeys 方法可以返回所有类型的键名,包括常规键名和 Symbol 键名。

let obj = { [Symbol('my_key')]: 1, enum: 2, nonEnum: 3 }
Object.getOwnPropertySymbols(obj) // [Symbol(my_key)]
Reflect.ownKeys(obj) // ['enum', 'nonEnum', Symbol(my_key)]

Symbol.for()、Symbol.keyFor()

Symbol.for()Symbol() 这两种写法都会生成新的 Symbol。它们的区别是,前者会被登记在全局环境中供搜索,而后者不会。Symbol.for() 不会在每次调用时都返回一个新的 Symbol 类型的值,而是会先检查给定的 key 是否已经存在,如果不存在才会新建一个值。

Symbol.for('bar') === Symbol.for('bar') // true
Symbol('bar') === Symbol('bar') // false

Symbol.keyFor 方法返回一个已登记的 Symbol 类型值的 key。

let s1 = Symbol.for('foo')
Symbol.keyFor(s1) // 'foo'
let s2 = Symbol('foo')
Symbol.keyFor(s2) // undefined

注意:Symbol.for 为 Symbol 值登记的名字是全局环境的,可以在不同的 iframe 或 service worker 中取到同一个值

内置的 Symbol 值

除了定义自己使用的 Symbol 值,ES6 还提供了 11 个内置的 Symbol 值,指向语言内部使用的方法。

Symbol.hasInstance

对象的 Symbol.hasInstance 属性指向一个内部方法,对象使用 instanceof 运算符时会调用这个方法,判断该对象是否为某个构造函数的实例。比如,foo instanceof Foo 在语言内部实际调用的是 Foo[Symbol.hasInstance](foo)

class Even {
static [Symbol.hasInstance](obj) {
return Number(obj) % 2 === 0
}
}
1 instanceof Even // false
2 instanceof Even // true

Symbol.isConcatSpreadable

对象的 Symbol.isConcatSpreadable 属性等于一个布尔值,表示该对象使用 Array.prototype.concat() 时是否可以展开。

该值为 true 或 undefined 时可以展开,为 false 时不可展开。

let arr = ['c', 'd']
arr[Symbol.isConcatSpreadable] = false
;[('a', 'b')].concat(arr, 'e') // ['a', 'b', ['c','d'], 'e']

Symbol.species

对象的 Symbol.species 属性指向当前对象的构造函数。创造实例时默认会调用这个方法,即使用这个属性返回的函数当作构造函数来创造新的实例对象。

class MyArray extends Array {
// 覆盖父类 Array 的构造函数
static get [Symbol.species]() {
return Array
}
}

上面的代码中,子类 MyArray 继承了父类 Array。创建 MyArray 的实例对象时,本来会调用它自己的构造函数(本例中被省略了),但是由于定义了 Symbol.species 属性,所以会使用这个属性返回的函数来创建 MyArray 的实例。

默认的 Symbol.species 属性等同于下面的写法:

static get [Symbol.species]() {
return this
}

Symbol.match

对象的 Symbol.match 属性指向一个函数,当执行 str.match(myObject) 时,如果该属性存在,会调用它返回该方法的返回值。

String.prototype.match(regexp) // 等同于
regexp[Symbol.match](this)

示例如下:

class MyMatcher {
[Symbol.match](string) {
return 'hello world'.indexOf(string)
}
}
'e'.match(new MyMatcher()) // 1

Symbol.replace

对象的 Symbol.replace 属性指向一个方法,当对象被 String.prototype.replace 方法调用时会返回该方法的返回值。

String.prototype.replace(searchValue, replaceValue)
// 等同于
searchValue[Symbol.replace](this, replaceValue)

示例如下:

const x = {}
x[Symbol.replace] = (...s) => console.log(s)
'Hello'.replace(x, 'World') // ["Hello", "World"]

上面示例中,x[Symbol.replace] 方法传入两个参数 this 和 replaceValue 分别为 'Hello' 和 'World',经过参数扩展运算符转换为数组后输出 '["Hello", "World"]'。

对象的 Symbol.search 属性指向一个方法,当对象被 String.prototype.search 方法调用时会返回该方法的返回值。

String.prototype.search(regexp)
// 等同于
regexp[Symbol.search](this)

示例如下:

class MySearch {
constructor(value) {
this.value = value
}
[Symbol.search](string) {
return string.indexOf(this.value)
}
}
'foobar'.search(new MySearch('foo')) // 0

Symbol.split

对象的 Symbol.split 属性指向一个方法,当对象被 String.prototype.split 方法调用时会返回该方法的返回值。

String.prototype.split(separator, limit)
// 等同于
separator[Symbol.split](this, limit)

示例如下:

class MySplitter {
constructor(value) {
this.value = value
}
[Symbol.split](string) {
var index = string.indexOf(this.value)
if (index === -1) {
return string
}
return [string.substr(0, index), string.substr(index + this.value.length)]
}
}
'foobar'.split(new MySplitter('foo')) // ['', 'bar']

Symbol.iterator

对象的 Symbol.iterator 属性指向该对象的默认遍历器方法。

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

对象进行 for...of 循环时,会调用 Symbol.iterator 方法返回该对象的默认遍历器。

class Collection {
*[Symbol.iterator]() {
let i = 0
while (this[i] !== undefined) {
yield this[i]
++i
}
}
}
let myCollection = new Collection()
myCollection[0] = 1
myCollection[1] = 2
for (let value of myCollection) {
console.log(value)
}
// 1
// 2

Symbol.toPrimitive

对象的 Symbol.toPrimitive 属性指向一个方法,对象被转为原始类型的值时会调用这个方法,返回该对象对应的原始类型值。

Symbol.toPrimitive 被调用时会接受一个字符串参数,表示当前运算的模式。一共有 3 种模式:

  • Number:该场合需要转成数值。

  • String:该场合需要转成字符串。

  • Default:该场合可以转成数值,也可以转成字符串。

let obj = {
[Symbol.toPrimitive](hint) {
switch (hint) {
case 'number':
return 123
case 'string':
return 'str'
case 'default':
return 'default'
default:
throw new Error()
}
}
}
2 * obj // 246
3 + obj // '3default'
obj == 'default' // true
String(obj) // 'str'

Symbol.toStringTag

对象的 Symbol.toStringTag 属性指向一个方法,在对象上调用 Object. prototype.toString 方法时,如果这个属性存在,其返回值会出现在 toString 方法返回的字符串中,表示对象的类型。也就是说,这个属性可用于定制 [object Object] 或 [object Array] 中 object 后面的字符串。

;({ [Symbol.toStringTag]: 'Foo' }.toString())
// "[object Foo]"

ES6 新增了大量内置对象的 Symbol.toStringTag 属性值,这里略。

Symbol.unscopables

对象的 Symbol.unscopables 属性指向一个对象,指定了使用 with 关键字时哪些属性会被 with 环境排除。

Array.prototype[Symbol.unscopables]
/**
* {
* copyWithin: true,
* entries: true,
* fill: true,
* find: true,
* findIndex: true,
* includes: true,
* keys: true
* }
*/

上面代码说明,数组有 7 个属性会被 with 命令排除。

示例如下:

class MyClass {
foo() {
return 1
}
get [Symbol.unscopables]() {
return { foo: true }
}
}
var foo = function() {
return 2
}
with (MyClass.prototype) {
foo() // 2
}

上面的代码通过指定 Symbol.unscopables 属性使 with 语法块不会在当前作用域寻找 foo 属性,即 foo 将指向外层作用域的变量。

Set 数据结构

Set

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。

Set 基本用法

Set 本身是一个构造函数,用来生成 Set 数据结构。Set 函数可以接受一个数组(或者具有 iterable 接口的其他数据结构)作为参数,用来初始化。

const set = new Set([1, 2, 3, 4, 4])

借助 Set 成员的唯一性,可以实现数组去重:

;[...new Set(array)]
Array.from(new Set(array))

Set 内部判断两个值是否相同时使用的算法叫作 “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。在 Set 内部,两个 NaN 是相等的。

Set 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:操作方法(用于操作数据)和遍历方法(用于遍历成员)。先介绍 4 个操作方法:

  • 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,表示参数是否为 Set 的成员。

  • clear():清除所有成员,没有返回值。

add 方法返回 Set 结构本身,所以可以链式调用:

new Set().add(1).add(2)

Set 遍历操作

Set 结构的实例有 4 个遍历方法,可用于遍历成员:

  • 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。

keys 方法、values 方法、entries 方法返回的都是遍历器对象。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。

let set = new Set(['red', 'green', 'blue'])
for (let x of set.values()) {
console.log(x)
}

Set 结构的实例默认可遍历,其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)
}

Set 结构实例的 forEach 方法用于对每个成员执行某种操作,没有返回值。该函数的参数依次为键值、键名、集合本身。还可传入第二个参数表示绑定的 this 对象。

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

扩展运算符(...)内部使用 for...of 循环,所以也可以用于 Set 结构。

let set = new Set([1, 2, 3])
set = new Set([...set].map(x => x * 2))
// 返回 Set 结构:{2, 4, 6}
let set = new Set([1, 2, 3, 4, 5])
set = new Set([...set].filter(x => x % 2 == 0))
// 返回 Set 结构:{2, 4}

数组的 map 和 filter 方法也可以用于 Set。因此使用 Set 可以很容易地实现并集(Union)、交集(Intersect)和差集(Difference)。

let a = new Set([1, 2, 3])
let b = new Set([2, 3, 4])
//并集
let union = new Set([...a, ...b]) // set {1, 2, 3, 4}
//交集
let intersect = new Set([...a].filter(x => b.has(x))) // set {2, 3}
//差集
let difference = new Set([...a].filter(x => !b.has(x))) // set {1}

目前没有直接的方法在遍历操作中同步改变原来的 Set 结构,但有两种变通方法。一种是利用原 Set 结构映射出一个新的结构,然后赋值给原来的 Set 结构;另一种是利用 Array.from 方法

// 方法一
let set = new Set([1, 2, 3])
set = new Set([...set].map(val => val * 2))
// set { 2, 4, 6 }
// 方法二
let set = new Set([1, 2, 3])
set = new Set(Array.from(set, val => val * 2))
// set { 2, 4, 6 }

WeakSet

WeakSet 含义

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:

  • WeakSet 的成员只能是对象,而不能是其他类型的值

  • 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,不考虑该对象是否还存在于 WeakSet 之中。

垃圾回收机制依赖引用计数,如果一个值的引用次数不为 0,垃圾回收机制就不会释放这块内存。结束使用该值之后,有时会忘记取消引用,导致内存无法释放,进而可能会引发内存泄漏。

WeakSet 里面的引用都不计入垃圾回收机制,所以就不存在这个问题。因此,WeakSet 适合临时存放一组对象,以及存放跟对象绑定的信息。只要这些对象在外部消失,它在 WeakSet 里面的引用就会自动消失。

WeakSet 的成员是不适合引用的,因为它会随时消失。另外,WeakSet 内部有多少个成员取决于垃圾回收机制有没有运行,运行前后很可能成员个数是不一样的,而垃圾回收机制何时运行是不可预测的,因此 ES6 规定WeakSet 不可遍历

WeakSet 语法

WeakSet 是一个构造函数,可以使用 new 命令创建 WeakSet 数据结构。

同 Set 一样,WeakSet 函数可以接受一个数组(或者具有 iterable 接口的其他数据结构)作为参数,用来初始化。需要注意:成为 WeakSet 的成员的是数组的成员,而不是数组本身。这意味着,数组的成员只能是对象。

WeakSet 结构有以下 3 个方法:

  • WeakSet.prototype.add(value):向 WeakSet 实例添加一个新成员。

  • WeakSet.prototype.delete(value):清除 WeakSet 实例的指定成员。

  • WeakSet.prototype.has(value):返回一个布尔值,表示某个值是否在 WeakSet 实例中。

WeakSet 没有 size 属性,没有办法遍历其成员。

WeakSet 的一个用处是储存 DOM 节点,而不用担心这些节点从文档移除时会引发内存泄漏。举个栗子:

const foos = new WeakSet()
class Foo {
constructor() {
foos.add(this)
}
method() {
if (!foos.has(this)) {
throw new TypeError('Foo.prototype.method 只能在Foo的实例上调用!')
}
}
}

上面的代码保证了 Foo 的实例方法只能在 Foo 的实例上调用。同时,数组 foos 对实例的引用不会被计入内存回收机制,所以删除实例的时候不用考虑 foos,也不会出现内存泄漏。

Map 数据结构

Map

Map 基本用法

JavaScript 的对象(Object)本质上是键值对的集合(Hash 结构),但是只能用字符串作为键,这给它的使用带来了很大的限制。

const data = {}
const element = document.getElementById('myDiv')
data[element] = 'metadata'
data['[object HTMLDivElement]'] // "metadata"

上面代码将一个 DOM 节点作为对象 data 的键,由于对象只接受字符串作为键名,所以 element 被自动转为字符串 [Object HTMLDivElement]

ES6 提供了 Map 数据结构。它类似于对象,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。如果需要“键值对”的数据结构,Map 比 Object 更合适。

const m = new Map()
const o = { p: 'Hello World' }
m.set(o, 'content')
m.get(o) // "content"
m.has(o) // true
m.delete(o) // true

作为构造函数,Map 也可以接受一个数组作为参数。该数组的成员是一个个表示键值对的数组。

const map = new Map([['name', '张三'], ['title', 'Author']])
map.size // 2
map.has('name') // true
map.get('name') // "张三"

Map 构造函数接受数组作为参数,实际上执行的是下面的算法:

const items = [['name', '张三'], ['title', 'Author']]
const map = new Map()
items.forEach(([key, value]) => map.set(key, value))

事实上,任何具有 Iterator 接口且每个成员都是一个双元素数组的数据结构都可以当作 Map 构造函数的参数。也就是说,Set 和 Map 都可以用来生成新的 Map。

// set 生成 map
const set = new Set([['foo', 1], ['bar', 2]])
const m1 = new Map(set)
// map 生成 map
const m2 = new Map([['baz', 3]])
const m3 = new Map(m2)

两点注意事项:

  • 如果对同一个键多次赋值,后面的值将覆盖前面的值。

  • 只有对同一个对象的引用,Map 结构才将其视为同一个键。

const map = new Map()
map.set(['a'], 555)
map.get(['a']) // undefined

上面的 set 和 get 方法表面上是针对同一个键,实际上却是两个值,内存地址是不一样的,因此 get 方法无法读取该键,返回 undefined。

Map 的键实际上是和内存地址绑定的,只要内存地址不一样,就视为两个键。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 就将其视为一个键,包括 0 和 -0。另外,虽然 NaN 不严格等于自身,但 Map 将其视为同一个键。

Map 属性和方法

Map 结构的 size 属性返回 Map 结构的成员总数。Map 结构的操作方法如下:

  • 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。可以链式调用。

  • get(key):get 方法读取 key 对应的键值,如果找不到 key,则返回 undefined。

  • 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。

  • delete(key):delete 方法删除某个键,返回 true。如果删除失败,则返回 false。

  • clear():clear 方法清除所有成员,没有返回值。

Map 遍历操作

Map 原生提供了 3 个遍历器生成函数和 1 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。

Map 结构的默认遍历器接口(Symbol.iterator 属性)就是 entries 方法。

map[Symbol.iterator] === map.entries // true
const map = new Map([[1, 'one'], [2, 'two']])
;[...map] // [[1,'one'], [2, 'two']

WeakMap

WeakMap 含义

WeakMap 结构与 Map 结构类似,也用于生成键值对的集合。WeakMap 与 Map 的区别有以下两点:

  • WeakMap 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。

  • WeakMap 的键名所指向的对象不计入垃圾回收机制。

类似于 WeakSet,WeakMap 的键名所引用的对象都是弱引用,即垃圾回收机制不将该引用考虑在内。因此,只要所引用的对象的其他引用都被清除,垃圾回收机制就会释放该对象所占用的内存。

WeakMap 的专用场景就是它的键所对应的对象可能会在将来消失的场景。WeakMap 结构有助于防止内存泄漏。

const wm = new WeakMap()
const element = document.getElementById('example')
wm.set(element, 'some information')
wm.get(element) // "some information"

上面的 DOM 节点对象的引用计数是 1,而不是 2。这时,一旦消除对该节点的引用,它占用的内存就会被垃圾回收机制释放。WeakMap 保存的这个键值对也会自动消失。

需要注意:WeakMap 弱引用的只是键名而不是键值。键值依然是正常引用的

WeakMap 语法

WeakMap 与 Map 在 API 上的区别主要有两个:

一是没有遍历操作(即没有 key()、values() 和 entries() 方法),也没有 size 属性。因为没有办法列出所有键名,某个键名是否存在完全不可预测,和垃圾回收机制是否运行相关。

二是无法清空,即不支持 clear 方法。因此,WeakMap 只有 4 个方法可用:get()、set()、has()、delete()。

WeakMap 用途

WeakMap 应用的典型场景就是以 DOM 节点作为键名的场景:

let myElement = document.getElementById('logo')
let myWeakmap = new WeakMap()
myWeakmap.set(myElement, { timesClicked: 0 })
myElement.addEventListener(
'click',
function() {
let logoData = myWeakmap.get(myElement)
logoData.timesClicked++
},
false
)

上面的代码中,myElement 是一个 DOM 节点,每当发生 click 事件就更新一下状态。状态作为键值放在 WeakMap 里,对应的键名就是 myElement。一旦这个 DOM 节点删除,该状态就会自动消失,不存在内存泄漏风险。

注册监听事件的 listener 对象很适合用 WeakMap 来实现:

const listener = new WeakMap()
listener.set(element, handler)
element.addEventListener('click', listener.get(element), false)

上面的代码中,监听函数放在 WeakMap 里面。一旦 DOM 对象消失,与它绑定的监听函数也会自动消失。

WeakMap 的另一个用处是部署私有属性:

const _counter = new WeakMap()
const _action = new WeakMap()
class Countdown {
constructor(counter, action) {
_counter.set(this, counter)
_action.set(this, action)
}
dec() {
let counter = _counter.get(this)
if (counter < 1) return
counter--
_counter.set(this, counter)
if (counter === 0) {
_action.get(this)()
}
}
}
const c = new Countdown(2, () => console.log('DONE'))
c.dec()
c.dec() // 'DONE'

上面的代码中,Countdown 类的两个内部属性 _counter 和 _action 是实例的弱引用,如果删除实例,它们也会随之消失,不会造成内存泄漏。