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ECMAScript 6之Set和Map数据结构
黄秀琪 2017-06-30 17:19:18
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前端开发

Set


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。
Set函数可以接受一个数组(或类似数组的对象)作为参数,用来初始化。
// 例一
var set = new Set([1, 2, 3, 4, 4]);
[...set]
// [1, 2, 3, 4]
// 例二
var items = new Set([1, 2, 3, 4, 5, 5, 5, 5]);
items.size // 5
// 例三
function divs () {
return [...document.querySelectorAll('div')];
}
var set = new Set(divs());
set.size // 56
// 类似于
divs().forEach(div => set.add(div));
set.size // 56

上面代码中,例一和例二都是Set函数接受数组作为参数,例三是接受类似数组的对象作为参数。
上面代码中,也展示了一种去除数组重复成员的方法。
// 去除数组的重复成员
[...new Set(array)]

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。
let set = new Set();
let a = NaN;
let b = NaN;
set.add(a);
set.add(b);
set // Set {NaN}

上面代码向Set实例添加了两个NaN,但是只能加入一个。这表明,在Set内部,两个NaN是相等。
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:操作方法(用于操作数据)和遍历方法(用于遍历成员)。下面先介绍四个操作方法。
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,表示该值是否为Set的成员。
clear():清除所有成员,没有返回值。
上面这些属性和方法的实例如下。
s.add(1).add(2).add(2);
// 注意2被加入了两次
s.size // 2
s.has(1) // true
s.has(2) // true
s.has(3) // false
s.delete(2);
s.has(2) // false

下面是一个对比,看看在判断是否包括一个键上面,Object结构和Set结构的写法不同。
// 对象的写法
var properties = {
'width': 1,
'height': 1
};
if (properties[someName]) {
// do something
}
// Set的写法
var properties = new Set();
properties.add('width');
properties.add('height');
if (properties.has(someName)) {
// do something
}

Array.from方法可以将Set结构转为数组。

var items = new Set([1, 2, 3, 4, 5]);
var array = Array.from(items);

这就提供了去除数组重复成员的另一种方法。

function dedupe(array) {
return Array.from(new Set(array));
}
dedupe([1, 1, 2, 3]) // [1, 2, 3]

遍历操作

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()
key方法、value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key方法和value方法的行为完全一致。
let set = new Set(['red', 'green', 'blue']);
for (let item of set.keys()) {
console.log(item);
}
// red
// green
// blue
for (let item of set.values()) {
console.log(item);
}
// red
// green
// blue
for (let item of set.entries()) {
console.log(item);
}
// ["red", "red"]
// ["green", "green"]
// ["blue", "blue"]

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。

(3)遍历的应用
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(['red', 'green', 'blue']);
let arr = [...set];
// ['red', 'green', 'blue']

扩展运算符和Set结构相结合,就可以去除数组的重复成员。

let arr = [3, 5, 2, 2, 5, 5];
let unique = [...new Set(arr)];
// [3, 5, 2]

而且,数组的map和filter方法也可以用于Set了。

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}

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([4, 3, 2]);
// 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}

如果想在遍历操作中,同步改变原来的Set结构,目前没有直接的方法,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的值是2, 4, 6
// 方法二
let set = new Set([1, 2, 3]);
set = new Set(Array.from(set, val => val * 2));
// set的值是2, 4, 6

上面代码提供了两种方法,直接在遍历操作中改变原来的Set结构。

WeakSet

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。

var ws = new WeakSet();
ws.add(1)
// TypeError: Invalid value used in weak set
ws.add(Symbol())
// TypeError: invalid value used in weak set

上面代码试图向WeakSet添加一个数值和Symbol值,结果报错,因为WeakSet只能放置对象。
WeakSet是一个构造函数,可以使用new命令,创建WeakSet数据结构。

var ws = new WeakSet();

作为构造函数,WeakSet可以接受一个数组或类似数组的对象作为参数。(实际上,任何具有iterable接口的对象,都可以作为WeakSet的参数。)该数组的所有成员,都会自动成为WeakSet实例对象的成员。

var a = [[1,2], [3,4]];
var ws = new WeakSet(a);

上面代码中,a是一个数组,它有两个成员,也都是数组。将a作为WeakSet构造函数的参数,a的成员会自动成为WeakSet的成员。
注意,是a数组的成员成为WeakSet的成员,而不是a数组本身。这意味着,数组的成员只能是对象。

var b = [3, 4];
var ws = new WeakSet(b);
// Uncaught TypeError: Invalid value used in weak set(…)

上面代码中,数组b的成员不是对象,加入WeaKSet就会报错。
WeakSet结构有以下三个方法。
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实例之中。
下面是一个例子。

var ws = new WeakSet();
var obj = {};
var foo = {};
ws.add(window);
ws.add(obj);
ws.has(window); // true
ws.has(foo); // false
ws.delete(window);
ws.has(window); // false

WeakSet没有size属性,没有办法遍历它的成员。

ws.size // undefined
ws.forEach // undefined
ws.forEach(function(item){ console.log('WeakSet has ' + item)})
// TypeError: undefined is not a function

上面代码试图获取size和forEach属性,结果都不能成功。
WeakSet不能遍历,是因为成员都是弱引用,随时可能消失,遍历机制无法保证成员的存在,很可能刚刚遍历结束,成员就取不到了。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。
下面是WeakSet的另一个例子。

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!');
}
}
}

上面代码保证了Foo的实例方法,只能在Foo的实例上调用。这里使用WeakSet的好处是,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


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。

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

上面代码原意是将一个DOM节点作为对象data的键,但是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]。
为了解决这个问题,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。如果你需要“键值对”的数据结构,Map比Object更合适。

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

上面代码使用set方法,将对象o当作m的一个键,然后又使用get方法读取这个键,接着使用delete方法删除了这个键。
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。

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

上面代码在新建Map实例时,就指定了两个键name和title。
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。

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

下面的例子中,字符串true和布尔值true是两个不同的键。

var m = new Map([
[true, 'foo'],
['true', 'bar']
]);
m.get(true) // 'foo'
m.get('true') // 'bar'

如果对同一个键多次赋值,后面的值将覆盖前面的值。

let map = new Map();
map
.set(1, 'aaa')
.set(1, 'bbb');
map.get(1) // "bbb"

上面代码对键1连续赋值两次,后一次的值覆盖前一次的值。
如果读取一个未知的键,则返回undefined。

new Map().get('asfddfsasadf')
// undefined

注意,只有对同一个对象的引用,Map结构才将其视为同一个键。这一点要非常小心。

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

上面代码的set和get方法,表面是针对同一个键,但实际上这是两个值,内存地址是不一样的,因此get方法无法读取该键,返回undefined。
同理,同样的值的两个实例,在Map结构中被视为两个键。

var map = new Map();
var k1 = ['a'];
var k2 = ['a'];
map
.set(k1, 111)
.set(k2, 222);
map.get(k1) // 111
map.get(k2) // 222

上面代码中,变量k1和k2的值是一样的,但是它们在Map结构中被视为两个键。
由上可知,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。

let map = new Map();
map.set(NaN, 123);
map.get(NaN) // 123
map.set(-0, 123);
map.get(+0) // 123

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。

let map = new Map();
map.set('foo', true);
map.set('bar', false);
map.size // 2

(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。

var m = new Map();
m.set("edition", 6) // 键是字符串
m.set(262, "standard") // 键是数值
m.set(undefined, "nah") // 键是undefined
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。

var m = new Map();
var hello = function() {console.log("hello");}
m.set(hello, "Hello ES6!") // 键是函数
m.get(hello) // Hello ES6!

(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。

var m = new Map();
m.set("edition", 6);
m.set(262, "standard");
m.set(undefined, "nah");
m.has("edition") // true
m.has("years") // false
m.has(262) // true
m.has(undefined) // true

(5)delete(key)

delete方法删除某个键,返回true。如果删除失败,返回false。

var m = new Map();
m.set(undefined, "nah");
m.has(undefined) // true
m.delete(undefined)
m.has(undefined) // false

(6)clear()

clear方法清除所有成员,没有返回值。

let map = new Map();
map.set('foo', true);
map.set('bar', false);
map.size // 2
map.clear()
map.size // 0

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。
下面是使用实例。

let map = new Map([
['F', 'no'],
['T', 'yes'],
]);
for (let key of map.keys()) {
console.log(key);
}
// "F"
// "T"
for (let value of map.values()) {
console.log(value);
}
// "no"
// "yes"
for (let item of map.entries()) {
console.log(item[0], item[1]);
}
// "F" "no"
// "T" "yes"
// 或者
for (let [key, value] of map.entries()) {
console.log(key, value);
}
// 等同于使用map.entries()
for (let [key, value] of map) {
console.log(key, value);
}

上面代码最后的那个例子,表示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

Map结构转为数组结构,比较快速的方法是结合使用扩展运算符(...)。

let map = new Map([
[1, 'one'],
[2, 'two'],
[3, 'three'],
]);
[...map.keys()]
// [1, 2, 3]
[...map.values()]
// ['one', 'two', 'three']
[...map.entries()]
// [[1,'one'], [2, 'two'], [3, 'three']]
[...map]
// [[1,'one'], [2, 'two'], [3, 'three']]

结合数组的map方法、filter方法,可以实现Map的遍历和过滤(Map本身没有map和filter方法)。

let map0 = new Map()
.set(1, 'a')
.set(2, 'b')
.set(3, 'c');
let map1 = new Map(
[...map0].filter(([k, v]) => k < 3)
);
// 产生Map结构 {1 => 'a', 2 => 'b'}
let map2 = new Map(
[...map0].map(([k, v]) => [k * 2, '_' + v])
);
// 产生Map结构 {2 => '_a', 4 => '_b', 6 => '_c'}

此外,Map还有一个forEach方法,与数组的forEach方法类似,也可以实现遍历。

map.forEach(function(value, key, map) {
console.log("Key: %s, Value: %s", key, value);
});
forEach方法还可以接受第二个参数,用来绑定this
var reporter = {
report: function(key, value) {
console.log("Key: %s, Value: %s", key, value);
}
};
map.forEach(function(value, key, map) {
this.report(key, value);
}, reporter);

上面代码中,forEach方法的回调函数的this,就指向reporter。

与其他数据结构的互相转换


(1)Map转为数组

前面已经提过,Map转为数组最方便的方法,就是使用扩展运算符(...)。

let myMap = new Map().set(true, 7).set({foo: 3}, ['abc']);
[...myMap]
// [ [ true, 7 ], [ { foo: 3 }, [ 'abc' ] ] ]

(2)数组转为Map

将数组转入Map构造函数,就可以转为Map。

new Map([[true, 7], [{foo: 3}, ['abc']]])
// Map {true => 7, Object {foo: 3} => ['abc']}

(3)Map转为对象

如果所有Map的键都是字符串,它可以转为对象。

function strMapToObj(strMap) {
let obj = Object.create(null);
for (let [k,v] of strMap) {
obj[k] = v;
}
return obj;
}
let myMap = new Map().set('yes', true).set('no', false);
strMapToObj(myMap)
// { yes: true, no: false }

(4)对象转为Map


function objToStrMap(obj) {
let strMap = new Map();
for (let k of Object.keys(obj)) {
strMap.set(k, obj[k]);
}
return strMap;
}
objToStrMap({yes: true, no: false})
// [ [ 'yes', true ], [ 'no', false ] ]

(5)Map转为JSON

Map转为JSON要区分两种情况。一种情况是,Map的键名都是字符串,这时可以选择转为对象JSON。

function strMapToJson(strMap) {
return JSON.stringify(strMapToObj(strMap));
}
let myMap = new Map().set('yes', true).set('no', false);
strMapToJson(myMap)
// '{"yes":true,"no":false}'
另一种情况是,Map的键名有非字符串,这时可以选择转为数组JSON。
function mapToArrayJson(map) {
return JSON.stringify([...map]);
}
let myMap = new Map().set(true, 7).set({foo: 3}, ['abc']);
mapToArrayJson(myMap)
// '[[true,7],[{"foo":3},["abc"]]]'

(6)JSON转为Map

JSON转为Map,正常情况下,所有键名都是字符串。

function jsonToStrMap(jsonStr) {
return objToStrMap(JSON.parse(jsonStr));
}
jsonToStrMap('{"yes":true,"no":false}')
// Map {'yes' => true, 'no' => false}

但是,有一种特殊情况,整个JSON就是一个数组,且每个数组成员本身,又是一个有两个成员的数组。这时,它可以一一对应地转为Map。这往往是数组转为JSON的逆操作。

function jsonToMap(jsonStr) {
return new Map(JSON.parse(jsonStr));
}
jsonToMap('[[true,7],[{"foo":3},["abc"]]]')
// Map {true => 7, Object {foo: 3} => ['abc']}

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。

var map = new WeakMap()
map.set(1, 2)
// TypeError: 1 is not an object!
map.set(Symbol(), 2)
// TypeError: Invalid value used as weak map key

上面代码中,如果将1和Symbol作为WeakMap的键名,都会报错。
WeakMap的设计目的在于,键名是对象的弱引用(垃圾回收机制不将该引用考虑在内),所以其所对应的对象可能会被自动回收。当对象被回收后,WeakMap自动移除对应的键值对。典型应用是,一个对应DOM元素的WeakMap结构,当某个DOM元素被清除,其所对应的WeakMap记录就会自动被移除。基本上,WeakMap的专用场合就是,它的键所对应的对象,可能会在将来消失。WeakMap结构有助于防止内存泄漏。
下面是WeakMap结构的一个例子,可以看到用法上与Map几乎一样。

var wm = new WeakMap();
var element = document.querySelector(".element");
wm.set(element, "Original");
wm.get(element) // "Original"
element.parentNode.removeChild(element);
element = null;
wm.get(element) // undefined

上面代码中,变量wm是一个WeakMap实例,我们将一个DOM节点element作为键名,然后销毁这个节点,element对应的键就自动消失了,再引用这个键名就返回undefined。
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()。

var wm = new WeakMap();
wm.size
// undefined
wm.forEach
// undefined

前文说过,WeakMap应用的典型场合就是DOM节点作为键名。下面是一个例子。

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++;
myWeakmap.set(myElement, logoData);
}, false);

上面代码中,myElement是一个DOM节点,每当发生click事件,就更新一下状态。我们将这个状态作为键值放在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。
WeakMap的另一个用处是部署私有属性。

let _counter = new WeakMap();
let _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)();
}
}
}
let c = new Countdown(2, () => console.log('DONE'));
c.dec()
c.dec()
// DONE

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

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