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[译] 什么是 JavaScript 生成器?如何使用生成器?

在本文中,我们将了解 ECMAScript 6 中引入的生成器(Generator)。先看一看它究竟是什么,然后用几个示例来说明它的用法。

什么是 JavaScript 生成器?

生成器是一种可以用来控制迭代器(iterator)的函数,它可以随时暂停,并可以在任意时候恢复。

上面的描述没法说明什么,让我们来看一些例子,解释什么是生成器,以及生成器与 for 循环之类的迭代器有什么区别。

下面是一个 for 循环的例子,它会在执行后立刻返回一些值。这段代码其实就是简单地生成了 0-5 这些数字。

for (let i = 0; i < 5; i += 1) {
  console.log(i);
}
// 它将会立刻返回 0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4
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现在看看生成器函数。

function * generatorForLoop(num) {
  for (let i = 0; i < num; i += 1) {
    yield console.log(i);
  }
}

const genForLoop = generatorForLoop(5);

genForLoop.next(); // 首先 console.log - 0
genForLoop.next(); // 1
genForLoop.next(); // 2
genForLoop.next(); // 3
genForLoop.next(); // 4
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它做了什么?它实际上只是对上面例子中的 for 循环做了一点改动,但产生了很大的变化。这种变化是由生成器最重要的特性造成的 —— 只有在需要的时候它才会产生下一个值,而不会一次性产生所有的值。在某些情景下,这种特性十分方便。

生成器语法

如何定义一个生成器函数呢?下面列出了各种可行的定义方法,不过万变不离其宗的是在函数关键词后加上一个星号。

function * generator () {}
function* generator () {}
function *generator () {}

let generator = function * () {}
let generator = function* () {}
let generator = function *() {}

let generator = *() => {} // SyntaxError
let generator = ()* => {} // SyntaxError
let generator = (*) => {} // SyntaxError
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如上面的例子所示,我们并不能使用箭头函数来创建一个生成器。

下面将生成器作为方法(method)来创建。定义方法与定义函数的方式是一样的。

class MyClass {
  *generator() {}
  * generator() {}
}

const obj = {
  *generator() {}
  * generator() {}
}
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yield

现在让我们一起看看新的关键词 yield。它有些类似 return,但又不完全相同。return 会在完成函数调用后简单地将值返回,在 return 语句之后你无法进行任何操作。

function withReturn(a) {
  let b = 5;
  return a + b;
  b = 6; // 不可能重新定义 b 了
  return a * b; // 这儿新的值没可能返回了
}

withReturn(6); // 11
withReturn(6); // 11
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yield 的工作方式却不同。


function * withYield(a) {
  let b = 5;
  yield a + b;
  b = 6; // 在第一次调用后仍可以重新定义变量
  yield a * b;
}

const calcSix = withYield(6);

calcSix.next().value; // 11
calcSix.next().value; // 36
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yield 返回的值只会返回一次,当你再次调用同一个函数的时候,它会执行至下一个 yield 语句处(译者注:前面的 yield 不再返回东西了)。

在生成器中,我们通常会在输出时得到一个对象。这个对象有两个属性:valuedone。如你所想,value 为返回值,done 则会显示生成器是否完成了它的工作。

function * generator() {
  yield 5;
}

const gen = generator();

gen.next(); // {value: 5, done: false}
gen.next(); // {value: undefined, done: true}
gen.next(); // {value: undefined, done: true} - 之后的任何调用都会返回相同的结果
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在生成器中,不仅可以使用 yield,也可以使用 return 来返回同样的对象。但是,在函数执行到第一个 return 语句的时候,生成器将结束它的工作。

function * generator() {
  yield 1;
  return 2;
  yield 3; // 到不了这个 yield 了
}

const gen = generator();

gen.next(); // {value: 1, done: false}
gen.next(); // {value: 2, done: true}
gen.next(); // {value: undefined, done: true}
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yield 委托迭代

带星号的 yield 可以将它的工作委托给另一个生成器。通过这种方式,你就能将多个生成器连接在一起。

function * anotherGenerator(i) {
  yield i + 1;
  yield i + 2;
  yield i + 3;
}

function * generator(i) {
  yield* anotherGenerator(i);
}

var gen = generator(1);

gen.next().value; // 2
gen.next().value; // 3
gen.next().value; // 4
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在开始下一节前,我们先观察一个第一眼看上去比较奇特的行为。

下面是正常的代码,不会报出任何错误,这表明 yield 可以在 next() 方法调用后返回传递的值:

function * generator(arr) {
  for (const i in arr) {
    yield i;
    yield yield;
    yield(yield);
  }
}

const gen = generator([0,1]);

gen.next(); // {value: "0", done: false}
gen.next('A'); // {value: undefined, done: false}
gen.next('A'); // {value: "A", done: false}
gen.next('A'); // {value: undefined, done: false}
gen.next('A'); // {value: "A", done: false}
gen.next(); // {value: "1", done: false}
gen.next('B'); // {value: undefined, done: false}
gen.next('B'); // {value: "B", done: false}
gen.next('B'); // {value: undefined, done: false}
gen.next('B'); // {value: "B", done: false}
gen.next(); // {value: undefined, done: true}
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在这个例子中,你可以看到 yield 默认是 undefined,但如果我们在调用 yield 时传递了任何值,它就会返回我们传入的值。我们将很快利用这个特性。

初始化与方法

生成器是可以被复用的,但是你需要对它们进行初始化。还好初始化的方法十分简单。

function * generator(arg = 'Nothing') {
  yield arg;
}

const gen0 = generator(); // OK
const gen1 = generator('Hello'); // OK
const gen2 = new generator(); // 不 OK

generator().next(); // 可以运行,但每次都会从头开始运行
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如上所示,gen0gen1 不会互相影响,gen2 完全不会运行(会报错)。因此初始化对于保证程序流程的状态是十分重要的。

下面让我们一起看看生成器给我们提供的方法。

next() 方法

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

const gen = generator();

gen.next(); // {value: 1, done: false}
gen.next(); // {value: 2, done: false}
gen.next(); // {value: 3, done: false}
gen.next(); // {value: undefined, done: true} 之后所有的 next 调用都会返回同样的输出
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这是最常用的方法。它每次被调用时都会返回下一个对象。在生成器工作结束时,next() 会将 done 属性设为 truevalue 属性设为 undefined

我们不仅可以用 next() 来迭代生成器,还可以用 for of 循环来一次得到生成器所有的值(而不是对象)。

function * generator(arr) {
  for (const el in arr)
    yield el;
}

const gen = generator([0, 1, 2]);

for (const g of gen) {
  console.log(g); // 0 -> 1 -> 2
}

gen.next(); // {value: undefined, done: true}
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但它不适用于 for in 循环,并且不能直接用数字下标来访问属性:generator[0] = undefined

return() 方法

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

const gen = generator();

gen.return(); // {value: undefined, done: true}
gen.return('Heeyyaa'); // {value: "Heeyyaa", done: true}

gen.next(); // {value: undefined, done: true} - 在 return() 之后的所有 next() 调用都会返回相同的输出

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return() 将会忽略生成器中的任何代码。它会根据传值设定 value,并将 done 设为 true。任何在 return() 之后进行的 next() 调用都会返回 done 属性为 true 的对象。

throw() 方法

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

const gen = generator();

gen.throw('Something bad'); // 会报错 Error Uncaught Something bad
gen.next(); // {value: undefined, done: true}
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throw() 做的事非常简单 —— 就是抛出错误。我们可以用 try-catch 来处理。

自定义方法的实现

由于我们无法直接访问 Generator 的 constructor,因此如何增加新的方法需要另外说明。下面是我的方法,你也可以用不同的方式实现:

function * generator() {
  yield 1;
}

generator.prototype.__proto__; // Generator {constructor: GeneratorFunction, next: ƒ, return: ƒ, throw: ƒ, Symbol(Symbol.toStringTag): "Generator"}

// 由于 Generator 不是一个全局变量,因此我们只能这么写:
generator.prototype.__proto__.math = function(e = 0) {
  return e * Math.PI;
}

generator.prototype.__proto__; // Generator {math: ƒ, constructor: GeneratorFunction, next: ƒ, return: ƒ, throw: ƒ, …}

const gen = generator();
gen.math(1); // 3.141592653589793
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生成器的用途

在前面,我们用了已知迭代次数的生成器。但如果我们不知道要迭代多少次会怎么样呢?为了解决这个问题,需要在生成器函数中创建一个无限循环。下面以一个会返回随机数的函数为例进行演示:

function * randomFrom(...arr) {
  while (true)
    yield arr[Math.floor(Math.random() * arr.length)];
}

const getRandom = randomFrom(1, 2, 5, 9, 4);

getRandom.next().value; // 返回随机的一个数
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这是个简单的例子。下面来举一些更复杂的函数为例,我们要写一个节流(throttle)函数。如果你还不知道节流函数是什么,请参阅这篇文章

function * throttle(func, time) {
  let timerID = null;
  function throttled(arg) {
    clearTimeout(timerID);
    timerID = setTimeout(func.bind(window, arg), time);
  }
  while (true)
    throttled(yield);
}

const thr = throttle(console.log, 1000);

thr.next(); // {value: undefined, done: false}
thr.next('hello'); // 返回 {value: undefined, done: false} ,然后 1 秒后输出 'hello'
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还有没有更好的利用生成器的例子呢?如果你了解递归,那你肯定听过斐波那契数列。通常我们是用递归来解决这个问题的,但有了生成器后,可以这样写:

function * fibonacci(seed1, seed2) {
  while (true) {
    yield (() => {
      seed2 = seed2 + seed1;
      seed1 = seed2 - seed1;
      return seed2;
    })();
  }
}

const fib = fibonacci(0, 1);
fib.next(); // {value: 1, done: false}
fib.next(); // {value: 2, done: false}
fib.next(); // {value: 3, done: false}
fib.next(); // {value: 5, done: false}
fib.next(); // {value: 8, done: false}
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不再需要递归了!我们可以在需要的时候获得数列中的下一个数字。

将生成器用在 HTML 上

既然是讨论 JavaScript,那显然要用生成器来操作下 HTML。

假设有一些 HTML 块需要处理,可以使用生成器来轻松实现。(当然除了生成器之外还有很多方法可以做到)

我们只需要少许代码就能完成此需求。

const strings = document.querySelectorAll('.string');
const btn = document.querySelector('#btn');
const className = 'darker';

function * addClassToEach(elements, className) {
  for (const el of Array.from(elements))
    yield el.classList.add(className);
}

const addClassToStrings = addClassToEach(strings, className);

btn.addEventListener('click', (el) => {
  if (addClassToStrings.next().done)
    el.target.classList.add(className);
});
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仅有 5 行逻辑代码。

总结

还有更多使用生成器的方法。例如,在进行异步操作或者按需循环时生成器也非常有用。

我希望这篇文章能帮你更好地理解 JavaScript 生成器。


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