從零開始：輕鬆掌握 JavaScript 的迭代器

更新日期： 2024 年 9 月 14 日

迭代器是一種「設計模式」，允許開發者以一種統一的方式遍歷集合中的每一項數據。

在 JavaScript 中，迭代器不僅僅是一種進階的數據處理工具，它還是理解和利用語言特性，如生成器（Generators）和異步編程的基礎。

無論你是剛開始學習 JavaScript，還是已經有一定開發經驗的程式設計師，掌握迭代器都將在你的開發生涯中起到關鍵作用。

本文將從最基本的概念開始，帶你輕鬆入門 JavaScript 的迭代器。

理解迭代器

在深入探索 JavaScript 的迭代器之前，讓我們先建立一個關於迭代器的基本理解。

一般來說，數據在不同的資料結構中，會以不同的方式去組織與管理。例如：

• 陣列（Array）：數據以連續的方式存儲在記憶體中，可以通過索引直接訪問。
• 鏈表（LinkedList）：每個元素都包含數據和指向下一個元素的指針，元素在記憶體中不一定連續存儲。
• 樹（Tree）：數據以層次結構存儲，每個元素（節點）都有可能指向一個或多個子元素。
• 圖（Graph）：由節點（數據元素）和邊（節點間的關聯）組成，節點間的關聯可以是複雜的。

為什麼使用迭代器

迭代器則為我們提供了一個統一的操作機制，通過這個它我們可以順序訪問集合中的每一個數據，而無需關心這些數據是如何在被組織或存儲的。

換句話說，當我們在使用迭代器時，可以專注於我們想要進行的操作（比如遍歷集合中的每個元素），而不用擔心集合內部是如何實現的。

這種抽象化讓我们能夠更簡單、更高效地撰寫程式碼，同時保持代馬的清晰與靈活性。

此外迭代器模式支援延遲加載（Lazy Loading），即數據只有在需要時才被處理，這可以提高代碼的效率和性能。

定義迭代器和遍歷

在 JavaScript 中，迭代器是一個具有 next() 方法的物件，該方法回傳一個包含兩個屬性：value 和 done 的物件。

value 屬性代表當前遍歷的值，而 done 是一個布爾值，指示遍歷是否完成。

迭代器如何工作

當迭代器的 next() 方法被調用時，它回傳集合中的下一個資料。

當結構中沒有更多資料時，done 屬性會變為 true，這代表迭代過程的結束。

這個過程使得迭代器可以與各種類型的數據結構一起工作，為數據處理提供了極大的靈活性和方便性。

迭代器的應用場景

• 陣列遍歷：使用迭代器可以輕鬆遍歷陣列元素，特別是在處理巨大陣列時，可以有效管理記憶體消耗。
• 自定義數據結構：對於自定義的數據結構，如樹或圖。藉由使用迭代器機制，可以使其容易被遍歷和使用。
• 異步編碼：迭代器模式也可以應用於異步編程中，使得數據的非同步加載更加方便。

JavaScript 中的迭代器應用

在 JavaScript 中，迭代器模式不僅是一種理論概念，而且是一種可實際應用的方法。

它允許開發者以一致的方式遍歷各種數據結構。

建立迭代器的基本步驟

要在 JavaScript 中創建一個迭代器，你需要定義一個返回 next 方法的對象。

這個 next 方法應當返回一個包含 value 和 done 兩個屬性的對象。

以下是一個簡單的迭代器示例：

// 定義了一個名為 createIterator 的函數，它接受一個參數 collection，這個參數預期是一個陣列或類似陣列的物件。

function createIterator(collection) {

    // 在函數內部，定義了一個變數 index 並初始化為 0。這個變數用於追蹤當前遍歷到集合中的哪個位置。

    let index = 0;

    // 函數返回一個物件，這個物件包含了一個方法：next。
    return {

        next: function () {

            // 在 next 方法內部，首先定義了一個常量 done，它是一個布林值，用於判斷遍歷是否已經完成。

            // 如果 index 的值大於或等於 collection 的長度，說明所有的元素都已經遍歷完畢，此時 done 為 true。

            const done = index >= collection.length;


            // 定義另一個常量 value，它存儲當前遍歷到的元素的值。
            
            // 如果 done 為 false（即還未完成遍歷），則從 collection 中取出 index 當前位置的元素，之後才會將 index 的值增加 1（index++）。

            // 記住：index 是在取值後，才會再增加的。
            
            // 如果 done 為 true，則說明沒有更多元素可遍歷，value 被設置為 undefined。
            
            const value = !done ? collection[index++] : undefined;

            // next 方法返回一個包含兩個屬性的物件：value 和 done。
            
            // value 是當前遍歷到的元素的值，done 是一個布林值，表示遍歷是否已經完成。

            return { value, done };
        }
    };
}

值得一提，上述代碼中 index 的值是利用「閉包機制」，讓電腦「記住」了它上一次被調用結束後的數值。

閉包的工作原理：

1. 函數嵌套函數：在 JavaScript 中，你可以在一個函數內部定義另一個函數。
2. 內部函數訪問外部函數的變數：內部函數可以訪問定義它的外部函數中的變數。
3. 外部函數返回內部函數：當外部函數執行後返回其內部函數，即使外部函數的執行上下文已經結束，返回的函數仍然可以訪問外部函數中的變數。

const iterator = createIterator([1, 2, 3]);

console.log(iterator)
// 回傳：
// { next: [Function: next] }

console.log(iterator.next()); 
// 回傳：
// { value: 1, done: false }

console.log(iterator.next()); 
// 回傳：
// { value: 2, done: false }

console.log(iterator.next());
// 回傳：
// { value: 3, done: false }

console.log(iterator.next()); 
// 回傳：
// { value: undefined, done: true }

這段代碼展示了如何為一個陣列創建一個迭代器，並逐步遍歷這個陣列的每個元素。

使用 Symbol.iterator 定義自己的迭代器

Symbol 是 ES6 中新增的一種基本數據類型，它可以創建一個全局唯一的引用。

Symbol.iterator 是其中一個預定義好的屬性。

它本質上是一個在物件上定義的特殊屬性（鍵），該屬性對應的值應該是一個函數，這個函數返回一個遵循迭代器協議的物件。

const collection = {
    items: [1, 2, 3],
    [Symbol.iterator]: function() {
        let index = 0;
        return {
            next: () => {
                const done = index >= this.items.length;
                const value = !done ? this.items[index++] : undefined;
                return { value, done };
            }
        };
    }
};

for (let item of collection) {
    console.log(item); // 1, 2, 3
}

這段代碼通過 Symbol.iterator 方法使自定義物件 collection 成為可迭代的，從而可以使用 for…of 循環遍歷。

const obj = {a: 1, b: 2};
for (let x of obj) {
    console.log(x);
}
// TypeError: obj is not iterable

const obj = {
  a: 1,
  b: 2,
  [Symbol.iterator]: function() {
    // 獲取對象的鍵（keys）並創建一個索引變量
    const keys = Object.keys(this);
    let index = 0;
    // 返回一個迭代器對象
    return {
      // 實現 next 方法
      next: () => {
        if (index < keys.length) {
          // 如果還沒有遍歷完對象的鍵，則返回下一個鍵的值
          const key = keys[index++];
          const value = this[key];
          return { value: value, done: false };
        } else {
          // 如果已經遍歷完對象的鍵，則標記迭代結束
          return { done: true };
        }
      }
    };
  }
};

// 使用 for...of 循環遍歷 obj 對象
for (let value of obj) {
  console.log(value); // 依次輸出：1, 2
}

內建迭代器

JavaScript 中的許多內建類型，如陣列、字符串、Map 和 Set，都已經是可迭代物件。

因為它們的原型上都實現了迭代器方法。這意味著你可以直接在這些類型上使用 for…of 循環，而無需任何額外的設定或實現。

const numbers = [1, 2, 3];

for (let number of numbers) {
    console.log(number); // 1, 2, 3
}

const string = "hello";

for (let character of string) {
    console.log(character); // h e l l o
}

透過這些範例，我們可以看到，迭代器在 JavaScript 中的實現既直觀又強大。

它不僅為自定義數據結構提供了一種標準化的遍歷機制，也使得遍歷內建數據結構變得更加簡單和一致。

迭代器的進階使用

迭代器不僅僅是遍歷集合的工具，它們在現代 JavaScript 編程中扮演著更多的角色。讓我們來看看如何進階使用迭代器。

展開運算符（…）

展開運算符（…）是一個 ES6 引入的特性，它可以用來展開可迭代對象中的元素。

這在函數調用、陣列字面量中合併陣列，或者在物件字面量中合併物件時特別有用。

let numbers = [1, 2, 3];
let moreNumbers = [4, 5, ...numbers]; // [4, 5, 1, 2, 3]
console.log(moreNumbers);

這裡，展開運算符被用來合併兩個數組，它直接遍歷 numbers 數組，並將其元素插入到 moreNumbers 數組中。

解構賦值

解構賦值是 ES6 中引入的另一種新語法，它允許你直接從陣列或物件中提取值，並將它們賦值給變量，這樣做可以讓代碼更加簡潔易讀。

對於陣列

當應用於陣列時，你可以這樣使用解構賦值：

let [a, b] = [1, 2];
console.log(a); // 輸出 1
console.log(b); // 輸出 2

在這個例子中，[a, b] = [1, 2]; 將右邊陣列中的元素按順序賦值給左邊的 a 和 b。

這就是解構賦值的基本用法，它讓你不必逐一訪問陣列元素。

對於物件

解構賦值也可以應用於物件：

let {c, d} = {c: 3, d: 4};
console.log(c); // 輸出 3
console.log(d); // 輸出 4

在這個例子中，{c, d} 從物件中按鍵名提取對應的值，並賦值給同名變量 c 和 d。

對於展開運算符

解構賦值允許你將可迭代物件（如陣列或者具有迭代器的物件）解構到變量中。

這種語法不僅使代碼更加簡潔，而且也提高了代碼的可讀性。

let [first, second, ...rest] = [1, 2, 3, 4, 5];
console.log(first); // 1
console.log(second); // 2
console.log(rest); // [3, 4, 5]

在這個例子中，我們使用解構賦值來提取數組中的前兩個元素，並使用剩餘運算符（…）來獲取數組中的其餘部分。

生成器與迭代器

生成器是 ES6 中引入的一種特殊類型的函數，它可以通過 yield 關鍵字暫停和恢復其執行。

生成器函數在語法上與普通函數不同，它們由 function* 關鍵字定義。

生成器的基本語法

生成器函數在每次遇到 yield 表達式時暫停，並返回一個遵循迭代器協議的物件。

該對象包含了 value 和 done 兩個屬性。當 next() 方法被調用時，生成器函數會從上次暫停的位置繼續執行，直到遇到下一個 yield，或函數結束。

function* simpleGenerator() {
    yield 1;
    yield 2;
    yield 3;
}

const generatorObject = simpleGenerator();

console.log(generatorObject.next()); // { value: 1, done: false }
console.log(generatorObject.next()); // { value: 2, done: false }
console.log(generatorObject.next()); // { value: 3, done: false }
console.log(generatorObject.next()); // { value: undefined, done: true }

這段代碼展示了一個簡單的生成器函數，它逐步產生三個數字。

如何使用生成器創建迭代器

生成器提供了一種便捷的方式，來創建遵循迭代器協議的物件。

這使得它們非常適合於實現自定義的迭代邏輯。

function* range(start, end) {
    for (let i = start; i <= end; i++) {
        yield i;
    }
}

const numbers = range(1, 5);

for (let number of numbers) {
    console.log(number); // 1, 2, 3, 4, 5
}

這裡，range 生成器函數模擬了 Python 中的 range 函數，它能夠產生一個數字序列。

總結

在本文中，我們從基礎開始，深入探討了 JavaScript 中的迭代器和生成器，涵蓋了它們的定義、實現方式，以及在現代 JavaScript 編碼中的進階應用。