《javascript高階程式設計》學習筆記 | 7.3.生成器

小讴發表於2021-04-20
JavaScript程式設計筆記
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生成器

  • ES6 新增的結構，可以在一個函式塊內暫停和恢復程式碼執行，可以自定義迭代器和實現協程

相關程式碼 →

生成器基礎

  • 生成器的形式是一個函式，函式名稱前加一個星號*
  • 可以定義函式的地方，都可以定義生成器（箭頭函式除外）
function* generatorFn() {} // 生成器函式宣告
let gfn = function* () {} // 生成器函式表示式
let foo = {
  *generatorFn() {}, // 生成器函式作為物件字面量方法
}
class Foo {
  *generatorFn() {} // 生成器函式作為類例項方法
}
class FooStatic {
  static *generatorFn() {} // 生成器函式作為類靜態方法
}
  • 呼叫生成器函式會產生一個生成器物件，生成器物件實現了 Iterator 介面，具有next()方法
const g = generatorFn() // 呼叫生成器函式，產生生成器物件
console.log(g) // generatorFn {<suspended>}，生成器物件
console.log(g.next) // 生成器物件具有next()方法
  • next()方法的返回值類似於迭代器，有done 屬性和value 屬性
  • 函式體為空的生成器呼叫一次next()就會達到done:true狀態
console.log(g.next()) // { value: undefined, done: true }，函式體為空
  • 可以透過生成器函式的返回值指定value的返回值（預設為 undefined）
function* generatorFn2() {
  return 'foo'
}
const g2 = generatorFn2()
console.log(g2.next()) // { value: 'foo', done: true }
console.log(g2.next()) // { value: undefined, done: true }，耗盡
  • 生成器函式只會在初次呼叫next()方法後開始執行
function* generatorFn3() {
  console.log('生成器函式開始執行')
}
const g3 = generatorFn3() // 呼叫生成器函式，產生生成器物件（生成器函式還未執行，不列印日誌）
g3.next() // '生成器函式開始執行'，初次呼叫next()方法，生成器函式開始執行，列印日誌
  • 生成器物件實現了 Iterable 介面，其預設迭代器是自引用的
function* generatorFn4() {}
console.log(generatorFn4) // ƒ* generatorFn4() {}，生成器函式

const g4 = generatorFn4()
console.log(g4) // generatorFn4 {<suspended>}，生成器物件

console.log(g4[Symbol.iterator]) // ƒ [Symbol.iterator]() { [native code] }，迭代器工廠函式
console.log(g4[Symbol.iterator]()) // generatorFn4 {<suspended>}，迭代器

console.log(g4 === g4[Symbol.iterator]()) // true，生成器物件的預設迭代器是自引用的

透過 yield 中斷執行

  • yield關鍵字可以讓生成器停止和開始執行：

    • 生成器遇到yield關鍵字之前正常執行
    • 遇到yield關鍵字後停止執行，函式作用域的狀態被保留
    • 停止執行的生成器函式透過生成器物件呼叫next()方法恢復執行
function* generatorFn5() {
  yield
}
let g5 = generatorFn5()
console.log(g5.next()) // { value: undefined, done: false }，yield生成的值
console.log(g5.next()) // { value: undefined, done: true }，恢復執行生成的值

  • yield關鍵字與函式的return語句作用相似，其生成的值會出現在next()方法返回的物件裡，但done的狀態不同：

    • 透過yield關鍵字退出的生成器函式會處在done:false狀態
    • 透過return關鍵字退出的生成器函式會處在done:true狀態
function* generatorFn6() {
  yield 'foo'
  yield 'bar'
  return 'baz'
}
let g6 = generatorFn6()
console.log(g6.next()) // { value: 'foo', done: false }，yield關鍵字退出
console.log(g6.next()) // { value: 'bar', done: false }，yield關鍵字退出
console.log(g6.next()) // { value: 'baz', done: true }，return關鍵字退出
  • 同一個生成器函式的不同生成器物件之間沒有聯絡，一個生成器物件上呼叫next()方法不影響其他生成器
let g7 = generatorFn6() // 生成器物件g7
let g8 = generatorFn6() // 生成器物件g8

console.log(g7.next()) // { value: 'foo', done: false }
console.log(g8.next()) // { value: 'foo', done: false }
console.log(g8.next()) // { value: 'bar', done: false }
console.log(g7.next()) // { value: 'bar', done: false }
  • yield關鍵字必須在生成器函式內部，直接位於生成器函式定義中使用，用在其他地方或巢狀的非生成器函式會報錯
function* validGeneratorFn() {
  yield 'result'
}
function* invalidGeneratorFnA() {
  function a() {
    yield 'result' // SyntaxError: Unexpected string
  }
}
function* invalidGeneratorFnB() {
  const b = () => {
    yield 'result' // SyntaxError: Unexpected string
  }
}
function* invalidGeneratorFnC() {
  ;(() => {
    yield 'result' // SyntaxError: Unexpected string
  })()
}

生成器物件作為可迭代物件

  • 把生成物件當成可迭代物件
function* generatorFn7() {
  // 生成器函式
  yield 1
  yield 2
  yield 3
}
for (const x of generatorFn7()) {
  // 呼叫生成器函式generatorFn7，generatorFn7()是生成器物件
  console.log(x)
  /* 
    1
    2
    3
  */
}
  • 使用生成器控制迭代迴圈的次數
function* nTimes(n) {
  while (n--) {
    console.log(n)
    yield
  }
}
for (let _ of nTimes(3)) {
  console.log(_)
  /* 
    2，第1次迴圈n
    undefined，第1次迴圈yield
    1，第2次迴圈n
    undefined，第2次迴圈yield
    0，第3次迴圈n
    undefined，第3次迴圈yield
  */
}

使用 yield 實現輸入和輸出

  • 除了作為函式的中間返回語句使用，yield關鍵字還可以作為函式的中間引數使用

    • 上一次讓生成器函式暫停的yield關鍵字會接收到傳給next()方法的第一個值
    • 第一次呼叫next()傳入的值不會被使用，因為僅僅是為了開始執行生成器函式
function* generatorFn8() {
  console.log(yield)
  console.log(yield)
  console.log(yield)
}
let g9 = generatorFn8() // 呼叫生成器函式，產生生成器物件
g9.next('bar') // 第一次呼叫next()的值不會被使用，僅作為開始執行生成器函式
g9.next('baz') // 'baz'，呼叫next()傳入baz，引數作為交給同一個yield的值
g9.next('qux') // 'qux'，呼叫next()傳入qux，引數作為交給同一個yield的值

  • yield關鍵字同時用於輸入和輸出（與return關鍵字同時使用）

    • next()方法沒有引數，生成器函式直到遇到yield關鍵字停止執行
    • next()方法有引數，引數作為交給同一個 yield 的值，生成器函式執行return返回本次傳入的值
function* generatorFn9() {
  return yield 'foo'
}
let g10 = generatorFn9()
console.log(g10.next()) // { value: 'foo', done: false }，next()沒有引數，遇到yield關鍵字暫停執行，並計算要產生的值
console.log(g10.next('bar')) // { value: 'bar', done: true }，next()有引數，引數作為交給同一個yield的值，相當於return 'bar'
  • yield關鍵字多次使用
function* generatorFn10() {
  for (let i = 0; ; i++) {
    yield i
  }
}
let g11 = generatorFn10()
console.log(g11.next()) // { value: 0, done: false }
console.log(g11.next()) // { value: 1, done: false }
console.log(g11.next()) // { value: 2, done: false }
console.log(g11.next()) // { value: 3, done: false }
  • 根據迭代次數產生相應索引
function* nTimes(n) {
  let i = 0
  while (n--) {
    yield i++
  }
}
for (let x of nTimes(3)) {
  console.log(x)
  /* 
    0
    1
    2
  */
}
  • 使用生成器實現範圍
function* range(start, end) {
  while (end > start) {
    yield start++
  }
}
for (const x of range(4, 7)) {
  console.log(x)
  /* 
    4
    5
    6
  */
}
  • 使用生成器填充陣列
function* zeros(n) {
  while (n--) {
    yield 0
  }
}
console.log(zeros(8)) // zeros {<suspended>}，生成器物件
console.log(Array.from(zeros(8))) // [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]，生成器物件作為可迭代物件
  • 使用生成器實現斐波那契數列
function* fibonacci() {
  let arr = [0, 1]
  let [prev, curr] = arr
  while (true) {
    ;[prev, curr] = [curr, prev + curr]
    arr.push(curr)
    yield arr
  }
}
function Fibonacci(n) {
  if (n === 1) {
    // 第1項
    return 0
  } else if (n === 2 || n === 3) {
    // 第2、3項
    return 1
  } else {
    // 第4項或之後
    let num = 0
    const fibo = fibonacci()
    for (let i = 3; i <= n; i++) {
      num = fibo.next().value
    }
    return num
  }
}
console.log(Fibonacci(8).join()) // 0,1,1,2,3,5,8,13

產生可迭代物件

  • 用星號*增強yield，讓其能夠迭代一個可迭代物件，yield*將一個可迭代物件序列化為一連串單獨產出的值
function* generatorFn11() {
  yield* [1, 2, 3]
}
let g12 = generatorFn11()
for (const x of generatorFn11()) {
  console.log(x)
  /* 
    1
    2
    3
  */
}

// 等價於
function* generatorFn11() {
  for (const x of [1, 2, 3]) {
    yield x
  }
}

  • yield*的值是關聯迭代器返回done:true時value的屬性：

    • 對於普通迭代器，done:true代表迭代器耗盡，這個值是 undefined
    function* generatorFn12() {
  console.log('iterValue', yield* [1, 2, 3])
}
for (const x of generatorFn12()) {
  console.log('value', x)
  /* 
  value 1
  value 2
  value 3
  iterValue undefined
*/
}
  • 對於生成器函式產生的迭代器，done:true的值是return 返回的值（沒有 return 值則返回 undefined）
function* innerGeneratorFn() {
  yield 'foo'
  return 'bar'
}
function* outerGeneratorFn() {
  console.log('iterValue', yield* innerGeneratorFn())
}
for (const x of outerGeneratorFn()) {
  console.log('value', x)
  /* 
  value foo
  iterValue bar
*/
}

使用 yield*實現遞迴演算法

  • 用yield*實現遞迴，此時生成器可以產生自身
function* nTimes(n) {
  if (n > 0) {
    yield* nTimes(n - 1) // 生成器物件作為可迭代物件
    yield n
  }
}
for (const x of nTimes(3)) {
  console.log(x)
  /*
    1
    2
    3
  */
}

生成器作為預設迭代器

  • 生成器物件實現了Iterable介面，生成器函式和預設迭代器被呼叫之後都產生迭代器
class Foo2 {
  // Foo既是迭代器，又是生成器函式
  constructor() {
    this.values = [1, 2, 3]
  }
  *[Symbol.iterator]() {
    yield* this.values
  }
}
const f = new Foo2() // 產生可迭代的生成器物件
for (const x of f) {
  console.log(x)
  /* 
    1
    2
    3
  */
}

提前終止生成器

  • 一個實現Iterator介面的物件一定有next()方法，還有一個可選的return()方法，生成器還有第三個方法throw()
  • return()和throw()都可以用於強制生成器進入關閉狀態
function* generatorFn13() {}
let g13 = generatorFn13() // 生成器物件

console.log(g13.next) // ƒ next() { [native code] }
console.log(g13.return) // ƒ return() { [native code] }
console.log(g13.throw) // ƒ throw() { [native code] }

return

return()方法返回種種迭代器物件的值（即 return()方法的引數）

function* generatorFn14() {
  yield* [1, 2, 3]
}
let g14 = generatorFn14()

console.log(g14) // generatorFn14 {<suspended>}
console.log(g14.return(5)) // {value: 5, done: true}
console.log(g14) // generatorFn14 {<closed>}
  • 透過return()方法進入關閉狀態的生成器物件，後續呼叫next()都會顯示done:true狀態，後續提供的任何返回值都不再被儲存或傳播
console.log(g14.next()) // { value: undefined, done: true }，已經呼叫過return()
console.log(g14.next()) // { value: undefined, done: true }
console.log(g14.next()) // { value: undefined, done: true }
  • for-of等內建語言結構會忽略狀態為done:true的迭代器物件內部返回的值（忽略 undefined）
let g15 = generatorFn14()
for (const x of g15) {
  x > 1 && g15.return() // x大於1則停止生成器
  console.log(x)
  /* 
    1
    2
    自動忽略done:true返回的value(undefined)
  */
}

throw

  • throw()方法會在暫停的時候，將一個提供的錯誤注入到生成器物件中

    • 如果錯誤未被處理，則生成器關閉
    function* generatorFn15() {
  yield* [1, 2, 3]
}
let g16 = generatorFn15()

console.log(g16) // generatorFn15 {<suspended>}
try {
  g16.throw('foo') // 注入錯誤
} catch (err) {
  console.log(err) // 'foo'
}
console.log(g16) // generatorFn15 {<closed>}，錯誤未被處理，生成器關閉
  • 如果錯誤在生成器函式內部處理，則生成器不會關閉，且可以恢復執行；錯誤處理會跳過對應的yield
function* generatorFn16() {
  for (const x of [1, 2, 3]) {
    // 錯誤在生成器的try/catch塊中丟擲 -> （生成器物件已開始執行）在生成器內部被捕獲
    // 若生成器物件未開始執行，則throw()丟擲的錯誤不會在生成器內部被捕獲
    try {
      yield x // 在yield關鍵字處暫停執行
    } catch (err) {
      console.log(err) // 'foo'
    }
  }
}
let g17 = generatorFn16()

console.log(g17.next()) // { value: 1, done: false }
g17.throw('foo') // 注入錯誤
console.log(g17.next()) // { value: 3, done: false }，跳過對應的yield

總結 & 問點

  • 什麼是生成器？哪些函式可以定義生成器？
  • 如何獲取生成器物件？如何指定生成器 next()方法的 value 返回值？生成器函式什麼時候開始執行？
  • 如何理解“生成器物件的預設迭代器是自引用”的？
  • yield 關鍵字在生成器中的作用是什麼？其和 return 關鍵字的返回值有什麼不同
  • 同一個生成器方法生成的不同生成器物件之間有聯絡麼？

  • 請使用生成器函式和 yield 關鍵字，分別用程式碼實現以下功能：

    • 迭代 5 次，獲取每次迭代值和索引
    • 獲取大於 3 小於 9 的整數
    • 從 1 開始，填充長度為 6 的自增陣列
    • 求出斐波那契數列第 20 項數字的值（從 0 算起）
  • yield*的作用是什麼？在普通迭代器、生成器函式產生的迭代器中，yield*的值分別是什麼？
  • 如何將生成器作為預設迭代器？return()和 throw()方法提前終止生成器的用法分別是什麼？

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