JavaScripti iteraatori protokolli ja kohandatud iteraatorite lahtimõtestamine

JavaScripti iteraatori protokoll pakub standardiseeritud viisi andmestruktuuride läbimiseks. Selle protokolli mõistmine annab arendajatele võimaluse tõhusalt töötada sisseehitatud itereeritavate objektidega, nagu massiivid ja sõned, ning luua oma kohandatud itereeritavaid objekte, mis on kohandatud spetsiifilistele andmestruktuuridele ja rakenduse nõuetele. See juhend pakub põhjalikku ülevaadet iteraatori protokollist ja sellest, kuidas kohandatud iteraatoreid rakendada.

Mis on iteraatori protokoll?

Iteraatori protokoll määratleb, kuidas objekti saab itereerida, st kuidas selle elementidele järjestikku juurde pääseda. See koosneb kahest osast: itereeritavast protokollist ja iteraatori protokollist.

Itereeritav protokoll

Objekti peetakse itereeritavaks, kui sellel on meetod võtmega Symbol.iterator. See meetod peab tagastama objekti, mis vastab iteraatori protokollile.

Sisuliselt teab itereeritav objekt, kuidas enda jaoks iteraator luua.

Iteraatori protokoll

Iteraatori protokoll määratleb, kuidas väärtusi jadast kätte saada. Objekti peetakse iteraatoriks, kui sellel on next() meetod, mis tagastab objekti kahe omadusega:

• value: Järgmine väärtus jadas.
• done: Tõeväärtus, mis näitab, kas iteraator on jõudnud jada lõppu. Kui done on true, võib value omaduse ära jätta.

next() meetod on iteraatori protokolli tööhobune. Iga next() kutse liigutab iteraatorit edasi ja tagastab jada järgmise väärtuse. Kui kõik väärtused on tagastatud, tagastab next() objekti, mille done väärtuseks on seatud true.

Sisseehitatud itereeritavad objektid

JavaScript pakub mitmeid sisseehitatud andmestruktuure, mis on olemuselt itereeritavad. Nende hulka kuuluvad:

• Massiivid
• Sõned
• Mapid
• Setid
• Funktsiooni arguments objekt
• TypedArrays

Neid itereeritavaid objekte saab otse kasutada for...of tsükliga, laialilaotamise süntaksiga (...) ja muude konstruktsioonidega, mis tuginevad iteraatori protokollile.

Näide massiividega:

const myArray = ["apple", "banana", "cherry"];

for (const item of myArray) {
  console.log(item); // Väljund: apple, banana, cherry
}

Näide sõnedega:

const myString = "Hello";

for (const char of myString) {
  console.log(char); // Väljund: H, e, l, l, o
}

for...of tsükkel

for...of tsükkel on võimas konstruktsioon itereeritavate objektide läbimiseks. See tegeleb automaatselt iteraatori protokolli keerukustega, muutes jada väärtustele juurdepääsu lihtsaks.

for...of tsükli süntaks on:

for (const element of iterable) {
  // Kood, mis täidetakse iga elemendi jaoks
}

for...of tsükkel hangib iteraatori itereeritavast objektist (kasutades Symbol.iterator) ja kutsub korduvalt iteraatori next() meetodit, kuni done muutub true-ks. Iga iteratsiooni korral omistatakse element muutujale next() poolt tagastatud value omaduse väärtus.

Kohandatud iteraatorite loomine

Kuigi JavaScript pakub sisseehitatud itereeritavaid objekte, peitub iteraatori protokolli tõeline jõud võimes defineerida kohandatud iteraatoreid omaenda andmestruktuuride jaoks. See võimaldab teil kontrollida, kuidas teie andmeid läbitakse ja neile juurde pääsetakse.

Kohandatud iteraatori loomiseks tehke järgmist:

1. Defineerige klass või objekt, mis esindab teie kohandatud andmestruktuuri.
2. Rakendage oma klassil või objektil Symbol.iterator meetod. See meetod peaks tagastama iteraatori objekti.
3. Iteraatori objektil peab olema next() meetod, mis tagastab objekti value ja done omadustega.

Näide: Iteraatori loomine lihtsa vahemiku jaoks

Loome klassi nimega Range, mis esindab arvude vahemikku. Rakendame iteraatori protokolli, et võimaldada vahemikus olevate arvude itereerimist.

class Range {
  constructor(start, end) {
    this.start = start;
    this.end = end;
  }

  [Symbol.iterator]() {
    let currentValue = this.start;
    const that = this; // Püüa 'this' kinni iteraatori objekti sees kasutamiseks

    return {
      next() {
        if (currentValue <= that.end) {
          return {
            value: currentValue++,
            done: false,
          };
        } else {
          return {
            value: undefined,
            done: true,
          };
        }
      },
    };
  }
}

const myRange = new Range(1, 5);

for (const number of myRange) {
  console.log(number); // Väljund: 1, 2, 3, 4, 5
}

Selgitus:

• Range klass võtab oma konstruktoris vastu start ja end väärtused.
• Symbol.iterator meetod tagastab iteraatori objekti. Sellel iteraatori objektil on oma olek (currentValue) ja next() meetod.
• next() meetod kontrollib, kas currentValue on vahemikus. Kui on, tagastab see objekti, mille väärtus on praegune väärtus ja done on seatud false-ks. Samuti suurendab see currentValue väärtust järgmise iteratsiooni jaoks.
• Kui currentValue ületab end väärtuse, tagastab next() meetod objekti, mille done on seatud true-ks.
• Pange tähele that = this kasutamist. Kuna next() meetodit kutsutakse teises skoobis (for...of tsükli poolt), ei viitaks this next() sees Range'i instantsile. Selle lahendamiseks püüame this väärtuse (Range'i instantsi) kinni muutujasse that väljaspool next() skoopi ja kasutame seejärel that-i next() sees.

Näide: Iteraatori loomine ahelloendi jaoks

Vaatleme teist näidet: iteraatori loomine ahelloendi andmestruktuuri jaoks. Ahelloend on sõlmede jada, kus iga sõlm sisaldab väärtust ja viidet (osutit) järgmisele sõlmele loendis. Loendi viimasel sõlmel on viide nullile (või undefined).

class LinkedListNode {
    constructor(value, next = null) {
        this.value = value;
        this.next = next;
    }
}

class LinkedList {
    constructor() {
        this.head = null;
    }

    append(value) {
        const newNode = new LinkedListNode(value);
        if (!this.head) {
            this.head = newNode;
            return;
        }

        let current = this.head;
        while (current.next) {
            current = current.next;
        }
        current.next = newNode;
    }

    [Symbol.iterator]() {
        let current = this.head;

        return {
            next() {
                if (current) {
                    const value = current.value;
                    current = current.next;
                    return {
                        value: value,
                        done: false
                    };
                } else {
                    return {
                        value: undefined,
                        done: true
                    };
                }
            }
        };
    }
}

// Näidiskasutus:
const myList = new LinkedList();
myList.append("London");
myList.append("Paris");
myList.append("Tokyo");

for (const city of myList) {
    console.log(city); // Väljund: London, Paris, Tokyo
}

Selgitus:

• LinkedListNode klass esindab ühte sõlme ahelloendis, salvestades value ja viite (next) järgmisele sõlmele.
• LinkedList klass esindab ahelloendit ennast. See sisaldab head omadust, mis osutab loendi esimesele sõlmele. append() meetod lisab uusi sõlmi loendi lõppu.
• Symbol.iterator meetod loob ja tagastab iteraatori objekti. See iteraator jälgib hetkel külastatavat sõlme (current).
• next() meetod kontrollib, kas on olemas praegune sõlm (current ei ole null). Kui on, hangib see väärtuse praegusest sõlmest, liigutab current osuti järgmisele sõlmele ja tagastab objekti väärtusega ja done: false.
• Kui current muutub nulliks (mis tähendab, et oleme jõudnud loendi lõppu), tagastab next() meetod objekti, mille done on true.

Generaatorfunktsioonid

Generaatorfunktsioonid pakuvad lühemat ja elegantsemat viisi iteraatorite loomiseks. Nad kasutavad yield võtmesõna väärtuste tootmiseks vastavalt vajadusele.

Generaatorfunktsioon defineeritakse kasutades function* süntaksit.

Näide: Iteraatori loomine generaatorfunktsiooni abil

Kirjutame Range iteraatori ümber, kasutades generaatorfunktsiooni:

class Range {
  constructor(start, end) {
    this.start = start;
    this.end = end;
  }

  *[Symbol.iterator]() {
    for (let i = this.start; i <= this.end; i++) {
      yield i;
    }
  }
}

const myRange = new Range(1, 5);

for (const number of myRange) {
  console.log(number); // Väljund: 1, 2, 3, 4, 5
}

Selgitus:

• Symbol.iterator meetod on nüüd generaatorfunktsioon (pange tähele *).
• Generaatorfunktsiooni sees kasutame for-tsüklit, et itereerida üle arvude vahemiku.
• yield võtmesõna peatab generaatorfunktsiooni täitmise ja tagastab praeguse väärtuse (i). Järgmisel korral, kui iteraatori next() meetodit kutsutakse, jätkub täitmine sealt, kus see pooleli jäi (pärast yield lauset).
• Kui tsükkel lõpeb, tagastab generaatorfunktsioon kaudselt { value: undefined, done: true }, andes märku iteratsiooni lõpust.

Generaatorfunktsioonid lihtsustavad iteraatori loomist, tegeledes automaatselt next() meetodi ja done lipuga.

Näide: Fibonacci jada generaator

Veel üks suurepärane näide generaatorfunktsioonide kasutamisest on Fibonacci jada genereerimine:

function* fibonacciSequence() {
  let a = 0;
  let b = 1;

  while (true) {
    yield a;
    [a, b] = [b, a + b]; // Destruktureeriv omistamine samaaegseks uuendamiseks
  }
}

const fibonacci = fibonacciSequence();

for (let i = 0; i < 10; i++) {
  console.log(fibonacci.next().value); // Väljund: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34
}

Selgitus:

• fibonacciSequence funktsioon on generaatorfunktsioon.
• See lähtestab kaks muutujat, a ja b, Fibonacci jada kahe esimese arvuga (0 ja 1).
• while (true) tsükkel loob lõpmatu jada.
• yield a lause toodab a praeguse väärtuse.
• [a, b] = [b, a + b] lause uuendab samaaegselt a ja b väärtusi jada kahe järgmise arvuga, kasutades destruktureerivat omistamist.
• fibonacci.next().value avaldis hangib generaatorist järgmise väärtuse. Kuna generaator on lõpmatu, peate kontrollima, mitu väärtust te sellest eraldate. Selles näites eraldame esimesed 10 väärtust.

Iteraatori protokolli kasutamise eelised

• Standardiseerimine: Iteraatori protokoll pakub ühtset viisi erinevate andmestruktuuride itereerimiseks.
• Paindlikkus: Saate defineerida kohandatud iteraatoreid, mis on kohandatud teie spetsiifilistele vajadustele.
• Loetavus: for...of tsükkel muudab iteratsioonikoodi loetavamaks ja lühemaks.
• Tõhusus: Iteraatorid võivad olla laisad, mis tähendab, et nad genereerivad väärtusi ainult siis, kui neid vajatakse, mis võib parandada suurte andmehulkade puhul jõudlust. Näiteks ülaltoodud Fibonacci jada generaator arvutab järgmise väärtuse ainult siis, kui `next()` kutsutakse.
• Ühilduvus: Iteraatorid töötavad sujuvalt koos teiste JavaScripti funktsioonidega, nagu laialilaotamise süntaks ja destruktureerimine.

Iteraatorite edasijõudnud tehnikad

Iteraatorite kombineerimine

Saate kombineerida mitu iteraatorit üheks iteraatoriks. See on kasulik, kui peate töötlema andmeid mitmest allikast ühtsel viisil.

function* combineIterators(...iterables) {
  for (const iterable of iterables) {
    for (const item of iterable) {
      yield item;
    }
  }
}

const array1 = [1, 2, 3];
const array2 = ["a", "b", "c"];
const string1 = "XYZ";

const combined = combineIterators(array1, array2, string1);

for (const value of combined) {
  console.log(value); // Väljund: 1, 2, 3, a, b, c, X, Y, Z
}

Selles näites võtab `combineIterators` funktsioon argumentidena suvalise arvu itereeritavaid objekte. See itereerib üle iga itereeritava objekti ja annab edasi iga elemendi. Tulemuseks on üksainus iteraator, mis toodab kõik väärtused kõigist sisenditereeritavatest objektidest.

Iteraatorite filtreerimine ja teisendamine

Saate luua ka iteraatoreid, mis filtreerivad või teisendavad teise iteraatori toodetud väärtusi. See võimaldab teil andmeid töödelda konveieril, rakendades igale väärtusele selle genereerimisel erinevaid toiminguid.

function* filterIterator(iterable, predicate) {
  for (const item of iterable) {
    if (predicate(item)) {
      yield item;
    }
  }
}

function* mapIterator(iterable, transform) {
  for (const item of iterable) {
    yield transform(item);
    }
}

const numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6];

const evenNumbers = filterIterator(numbers, (x) => x % 2 === 0);
const squaredEvenNumbers = mapIterator(evenNumbers, (x) => x * x);

for (const value of squaredEvenNumbers) {
    console.log(value); // Väljund: 4, 16, 36
}

Siin võtab `filterIterator` itereeritava objekti ja predikaatfunktsiooni. See annab edasi ainult need elemendid, mille puhul predikaat tagastab `true`. `mapIterator` võtab itereeritava objekti ja teisendusfunktsiooni. See annab edasi iga elemendi kohta teisendusfunktsiooni rakendamise tulemuse.

Reaalse maailma rakendused

Iteraatori protokolli kasutatakse laialdaselt JavaScripti teekides ja raamistikes ning see on väärtuslik mitmesugustes reaalsetes rakendustes, eriti suurte andmehulkade või asünkroonsete operatsioonidega tegelemisel.

• Andmetöötlus: Iteraatorid on kasulikud suurte andmehulkade tõhusaks töötlemiseks, kuna need võimaldavad teil töötada andmetega tükkidena, laadimata kogu andmehulka mällu. Kujutage ette suure kliendiandmeid sisaldava CSV-faili parsimist. Iteraator võimaldab teil töödelda iga rida, ilma et peaksite kogu faili korraga mällu laadima.
• Asünkroonsed operatsioonid: Iteraatoreid saab kasutada asünkroonsete operatsioonide haldamiseks, näiteks andmete hankimiseks API-st. Saate kasutada generaatorfunktsioone täitmise peatamiseks, kuni andmed on saadaval, ja seejärel jätkata järgmise väärtusega.
• Kohandatud andmestruktuurid: Iteraatorid on hädavajalikud spetsiifiliste läbimisnõuetega kohandatud andmestruktuuride loomiseks. Mõelge puu andmestruktuurile. Saate rakendada kohandatud iteraatori puu läbimiseks kindlas järjekorras (nt sügavuti- või laiutiotsing).
• Mänguarendus: Mänguarenduses saab iteraatoreid kasutada mänguobjektide, osakeste efektide ja muude dünaamiliste elementide haldamiseks.
• Kasutajaliidese teegid: Paljud kasutajaliidese teegid kasutavad iteraatoreid komponentide tõhusaks uuendamiseks ja renderdamiseks vastavalt alusandmete muudatustele.

Parimad praktikad

• Rakendage Symbol.iterator korrektselt: Veenduge, et teie Symbol.iterator meetod tagastab iteraatori objekti, mis vastab iteraatori protokollile.
• Käsitlege done lippu täpselt: done lipp on iteratsiooni lõpu tähistamiseks ülioluline. Veenduge, et seate selle oma next() meetodis õigesti.
• Kaaluge generaatorfunktsioonide kasutamist: Generaatorfunktsioonid pakuvad lühemat ja loetavamat viisi iteraatorite loomiseks.
• Vältige kõrvalmõjusid next() meetodis: next() meetod peaks peamiselt keskenduma järgmise väärtuse hankimisele ja iteraatori oleku värskendamisele. Vältige keeruliste operatsioonide või kõrvalmõjude teostamist next() sees.
• Testige oma iteraatoreid põhjalikult: Testige oma kohandatud iteraatoreid erinevate andmehulkade ja stsenaariumidega, et tagada nende korrektne käitumine.

Kokkuvõte

JavaScripti iteraatori protokoll pakub võimsat ja paindlikku viisi andmestruktuuride läbimiseks. Mõistes itereeritava ja iteraatori protokolle ning kasutades ära generaatorfunktsioone, saate luua kohandatud iteraatoreid, mis on kohandatud teie spetsiifilistele vajadustele. See võimaldab teil tõhusalt andmetega töötada, parandada koodi loetavust ja suurendada oma rakenduste jõudlust. Iteraatorite valdamine avab sügavama arusaama JavaScripti võimalustest ja annab teile võime kirjutada elegantsemat ja tõhusamat koodi.