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# Iterator和for...of循环
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## Iterator（遍历器）
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### 概念
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JavaScript原有的数据结构，主要是数组（Array）和对象（Object），ES6又添加了Map和Set，用户还可以组合使用它们，定义自己的数据结构。这就需要一种统一的接口机制，来处理所有不同的数据结构。
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遍历器（Iterator）就是这样一种机制。它属于一种接口规格，任何数据结构只要部署这个接口，就可以完成遍历操作，即依次处理该结构的所有成员。它的作用有两个，一是为各种数据结构，提供一个统一的、简便的接口，二是使得数据结构的成员能够按某种次序排列。在ES6中，遍历操作特指for...of循环，即Iterator接口主要供for...of消费。
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遍历器的遍历过程是这样的：它提供了一个指针，默认指向当前数据结构的起始位置。也就是说，遍历器返回一个内部指针。第一次调用遍历器的next方法，可以将指针指向到第一个成员，第二次调用next方法，就指向第二个成员，直至指向数据结构的结束位置。每一次调用，都会返回当前成员的信息，具体来说，就是返回一个包含value和done两个属性的对象。其中，value属性是当前成员的值，done属性是一个布尔值，表示遍历是否结束。
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下面是一个模拟next方法返回值的例子。
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```javascript
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function makeIterator(array){
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var nextIndex = 0;
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return {
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next: function(){
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return nextIndex < array.length ?
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{value: array[nextIndex++], done: false} :
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{value: undefined, done: true};
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}
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}
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}
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var it = makeIterator(['a', 'b']);
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it.next() // { value: "a", done: false }
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it.next() // { value: "b", done: false }
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it.next() // { value: undefined, done: true }
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```
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上面代码定义了一个makeIterator函数，它的作用就是返回数组的遍历器。对数组`['a', 'b']`执行这个函数，就会返回该数组的遍历器it。
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遍历器it的next方法，用来移动指针。开始时，指针指向数组的开始位置。然后，每次调用next方法，指针就会指向数组的下一个成员。第一次调用，指向a；第二次调用，指向b。
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next方法返回一个对象，表示当前位置的信息。这个对象具有value和done两个属性，value属性返回当前位置的成员，done属性是一个布尔值，表示遍历是否结束，即是否还有必要再一次调用next方法。
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总之，遍历器是一个对象，具有next方法。调用next方法，就可以遍历事先给定的数据结构。
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由于遍历器只是把接口规格加到数据结构之上，所以，遍历器与它所遍历的那个数据结构，实际上是分开的，完全可以写出没有对应数据结构的遍历器，或者说用遍历器模拟出数据结构。下面是一个无限运行的遍历器例子。
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```javascript
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function idMaker(){
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var index = 0;
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return {
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next: function(){
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return {value: index++, done: false};
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}
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}
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}
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var it = idMaker();
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it.next().value // '0'
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it.next().value // '1'
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it.next().value // '2'
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// ...
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```
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上面的例子中，idMaker函数返回的对象就是遍历器，但是并没有对应的数据结构，或者说遍历器自己描述了一个数据结构出来。
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在ES6中，有些数据结构原生提供遍历器（比如数组），即不用任何处理，就可以被for...of循环遍历，有些就不行（比如对象）。原因在于，这些数据结构部署了System.iterator属性（详见下文）。凡是部署了System.iterator属性的数据结构，就称为部署了遍历器接口。调用这个接口，就会返回一个遍历器。
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如果使用TypeScript的写法，遍历器接口、遍历器和next方法返回值的规格可以描述如下。
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```javascript
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interface Iterable {
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[System.iterator]() : Iterator,
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}
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interface Iterator {
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next(value?: any) : IterationResult,
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}
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interface IterationResult {
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value: any,
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done: boolean,
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}
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```
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### 默认的Iterator接口
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Iterator接口的目的，就是为所有数据结构，提供了一种统一的访问机制，即for...of循环（详见下文）。当使用for...of循环遍历某种数据结构时，该循环会自动去寻找Iterator接口。
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ES6规定，默认的Iterator接口部署在数据结构的Symbol.iterator属性，或者一个数据结构只要具有Symbol.iterator属性，就可以认为是“可遍历的”（iterable）。也就是说，调用Symbol.iterator方法，就会得到当前数据结构的默认遍历器。Symbol.iterator本身是一个表达式，返回Symbol对象的iterator属性，这是一个预定义好的、类型为Symbol的特殊值，所以要放在方括号内（请参考Symbol一节）。
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在ES6中，有三类数据结构原生具备Iterator接口：数组、某些类似数组的对象、Set和Map结构。
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```javascript
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let arr = ['a', 'b', 'c'];
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let iter = arr[Symbol.iterator]();
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iter.next() // { value: 'a', done: false }
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iter.next() // { value: 'b', done: false }
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iter.next() // { value: 'c', done: false }
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iter.next() // { value: undefined, done: true }
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```
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上面代码中，变量arr是一个数组，原生就具有遍历器接口，部署在arr的Symbol.iterator属性上面。所以，调用这个属性，就得到遍历器。
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上面提到，原生就部署iterator接口的数据结构有三类，对于这三类数据结构，不用自己写遍历器，for...of循环会自动遍历它们。除此之外，其他数据结构（主要是对象）的Iterator接口，都需要自己在Symbol.iterator属性上面部署，这样才会被for...of循环遍历。
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对象（Object）之所以没有默认部署Iterator接口，是因为对象的哪个属性先遍历，哪个属性后遍历是不确定的，需要开发者手动指定。本质上，遍历器是一种线性处理，对于任何非线性的数据结构，部署遍历器接口，就等于部署一种线性转换。不过，严格地说，对象部署遍历器接口并不是很必要，因为这时对象实际上被当作Map结构使用，ES5没有Map结构，而ES6原生提供了。
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一个对象如果要有可被for...of循环调用的Iterator接口，就必须在Symbol.iterator的属性上部署遍历器方法（原型链上的对象具有该方法也可）。
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```javascript
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class RangeIterator {
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constructor(start, stop) {
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this.value = start;
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this.stop = stop;
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}
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[Symbol.iterator]() { return this; }
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next() {
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var value = this.value;
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if (value < this.stop) {
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this.value++;
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return {done: false, value: value};
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} else {
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return {done: true, value: undefined};
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}
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}
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}
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function range(start, stop) {
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return new RangeIterator(start, stop);
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}
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for (var value of range(0, 3)) {
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console.log(value);
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}
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```
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上面代码是一个类部署Iterator接口的写法。Symbol.iterator属性对应一个函数，执行后返回当前对象的遍历器。
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下面是通过遍历器实现指针结构的例子。
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```javascript
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function Obj(value){
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this.value = value;
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this.next = null;
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}
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Obj.prototype[Symbol.iterator] = function(){
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var iterator = {
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next: next
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};
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var current = this;
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function next(){
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if (current){
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var value = current.value;
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var done = current == null;
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current = current.next;
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return {
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done: done,
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value: value
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}
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} else {
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return {
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done: true
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}
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}
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}
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return iterator;
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}
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var one = new Obj(1);
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var two = new Obj(2);
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var three = new Obj(3);
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one.next = two;
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two.next = three;
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for (var i of one){
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console.log(i)
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}
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// 1
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// 2
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// 3
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```
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上面代码首先在构造函数的原型链上部署Symbol.iterator方法，调用该方法会返回遍历器对象iterator，调用该对象的next方法，在返回一个值的同时，自动将内部指针移到下一个实例。
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下面是另一个为对象添加Iterator接口的例子。
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```javascript
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let obj = {
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data: [ 'hello', 'world' ],
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[Symbol.iterator]() {
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const self = this;
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let index = 0;
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return {
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next() {
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if (index < self.data.length) {
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return {
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value: self.data[index++],
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done: false
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};
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} else {
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return { value: undefined, done: true };
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}
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}
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};
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}
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||
};
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```
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对于类似数组的对象（存在数值键名和length属性），部署Iterator接口，有一个简便方法，就是`Symbol.iterator`方法直接引用数值的Iterator接口。
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```javascript
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NodeList.prototype[Symbol.iterator] = Array.prototype[Symbol.iterator];
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```
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如果Symbol.iterator方法返回的不是遍历器，解释引擎将会报错。
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```javascript
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var obj = {};
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obj[Symbol.iterator] = () => 1;
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[...obj] // TypeError: [] is not a function
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```
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上面代码中，变量obj的Symbol.iterator方法返回的不是遍历器，因此报错。
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有了遍历器接口，数据结构就可以用for...of循环遍历（详见下文），也可以使用while循环遍历。
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```javascript
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var $iterator = ITERABLE[Symbol.iterator]();
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var $result = $iterator.next();
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while (!$result.done) {
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var x = $result.value;
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// ...
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$result = $iterator.next();
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}
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```
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上面代码中，ITERABLE代表某种可遍历的数据结构，$iterator是它的遍历器。遍历器每次移动指针（next方法），都检查一下返回值的done属性，如果遍历还没结束，就移动遍历器的指针到下一步（next方法），不断循环。
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### 调用默认iterator接口的场合
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有一些场合会默认调用iterator接口（即Symbol.iterator方法），除了下文会介绍的for...of循环，还有几个别的场合。
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**（1）解构赋值**
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对数组和Set结构进行解构赋值时，会默认调用iterator接口。
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```javascript
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let set = new Set().add('a').add('b').add('c');
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let [x,y] = set;
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// x='a'; y='b'
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let [first, ...rest] = set;
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// first='a'; rest=['b','c'];
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```
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**（2）扩展运算符**
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扩展运算符（...）也会调用默认的iterator接口。
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```javascript
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// 例一
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var str = 'hello';
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[...str] // ['h','e','l','l','o']
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// 例二
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let arr = ['b', 'c'];
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['a', ...arr, 'd']
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// ['a', 'b', 'c', 'd']
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```
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上面代码的扩展运算符内部就调用iterator接口。
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实际上，这提供了一种简便机制，可以将任何部署了iterator接口的数据结构，转为数组。也就是说，只要某个数据结构部署了iterator接口，就可以对它使用扩展运算符，将其转为数组。
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```javascript
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let arr = [...iterable];
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```
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**（3）其他场合**
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以下场合也会用到默认的iterator接口，可以查阅相关章节。
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- yield*
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- Array.from()
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- Map(), Set(), WeakMap(), WeakSet()
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- Promise.all(), Promise.race()
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### 原生具备iterator接口的数据结构
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《数组的扩展》一章中提到，ES6对数组提供entries()、keys()和values()三个方法，就是返回三个遍历器。
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```javascript
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var arr = [1, 5, 7];
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var arrEntries = arr.entries();
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arrEntries.toString()
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// "[object Array Iterator]"
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arrEntries === arrEntries[Symbol.iterator]()
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// true
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```
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上面代码中，entries方法返回的是一个遍历器（iterator），本质上就是调用了`Symbol.iterator`方法。
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字符串是一个类似数组的对象，也原生具有Iterator接口。
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```javascript
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var someString = "hi";
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typeof someString[Symbol.iterator]
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// "function"
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var iterator = someString[Symbol.iterator]();
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iterator.next() // { value: "h", done: false }
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iterator.next() // { value: "i", done: false }
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iterator.next() // { value: undefined, done: true }
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```
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上面代码中，调用`Symbol.iterator`方法返回一个遍历器，在这个遍历器上可以调用next方法，实现对于字符串的遍历。
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可以覆盖原生的`Symbol.iterator`方法，达到修改遍历器行为的目的。
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```javascript
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var str = new String("hi");
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[...str] // ["h", "i"]
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str[Symbol.iterator] = function() {
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return {
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next: function() {
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if (this._first) {
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this._first = false;
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return { value: "bye", done: false };
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} else {
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return { done: true };
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}
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},
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_first: true
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};
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||
};
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[...str] // ["bye"]
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str // "hi"
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```
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上面代码中，字符串str的`Symbol.iterator`方法被修改了，所以扩展运算符（...）返回的值变成了bye，而字符串本身还是hi。
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### Iterator接口与Generator函数
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部署`Symbol.iterator`方法的最简单实现，还是使用下一节要提到的Generator函数。
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```javascript
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var myIterable = {};
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myIterable[Symbol.iterator] = function* () {
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yield 1;
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yield 2;
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yield 3;
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};
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[...myIterable] // [1, 2, 3]
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// 或者采用下面的简洁写法
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let obj = {
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* [Symbol.iterator]() {
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yield 'hello';
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yield 'world';
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}
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};
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for (let x of obj) {
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console.log(x);
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}
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// hello
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// world
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```
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### return()，throw()
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遍历器除了具有next方法（必备），还可以具有return方法和throw方法（可选）。
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for...of循环如果提前退出（通常是因为出错，或者有break语句或continue语句），就会调用return方法。如果一个对象在完成遍历前，需要清理或释放资源，就可以部署return方法。
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throw方法主要是配合Generator函数使用，一般的遍历器用不到这个方法。请参阅《Generator函数》的章节。
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## for...of循环
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ES6借鉴C++、Java、C#和Python语言，引入了for...of循环，作为遍历所有数据结构的统一的方法。一个数据结构只要部署了`Symbol.iterator`方法，就被视为具有iterator接口，就可以用for...of循环遍历它的成员。也就是说，for...of循环内部调用的是数据结构的`Symbol.iterator`方法。
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for...of循环可以使用的范围包括数组、Set和Map结构、某些类似数组的对象（比如arguments对象、DOM NodeList对象）、后文的Generator对象，以及字符串。
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### 数组
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数组原生具备iterator接口，for...of循环本质上就是调用这个接口产生的遍历器，可以用下面的代码证明。
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```javascript
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const arr = ['red', 'green', 'blue'];
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let iterator = arr[Symbol.iterator]();
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for(let v of arr) {
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console.log(v); // red green blue
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}
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for(let v of iterator) {
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console.log(v); // red green blue
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}
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```
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上面代码的for...of循环的两种写法是等价的。
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for...of循环可以代替数组实例的forEach方法。
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```javascript
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const arr = ['red', 'green', 'blue'];
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arr.forEach(function (element, index) {
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console.log(element); // red green blue
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console.log(index); // 0 1 2
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});
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```
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JavaScript原有的for...in循环，只能获得对象的键名，不能直接获取键值。ES6提供for...of循环，允许遍历获得键值。
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```javascript
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var arr = ["a", "b", "c", "d"];
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for (a in arr) {
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console.log(a); // 0 1 2 3
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}
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for (a of arr) {
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console.log(a); // a b c d
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}
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```
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上面代码表明，for...in循环读取键名，for...of循环读取键值。如果要通过for...of循环，获取数组的索引，可以借助数组实例的entries方法和keys方法，参见《数组的扩展》章节。
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### Set和Map结构
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Set和Map结构也原生具有Iterator接口，可以直接使用for...of循环。
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```javascript
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var engines = Set(["Gecko", "Trident", "Webkit", "Webkit"]);
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for (var e of engines) {
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console.log(e);
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}
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// Gecko
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// Trident
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// Webkit
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var es6 = new Map();
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es6.set("edition", 6);
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es6.set("committee", "TC39");
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es6.set("standard", "ECMA-262");
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for (var [name, value] of es6) {
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console.log(name + ": " + value);
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}
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// edition: 6
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// committee: TC39
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// standard: ECMA-262
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```
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上面代码演示了如何遍历Set结构和Map结构。值得注意的地方有两个，首先，遍历的顺序是按照各个成员被添加进数据结构的顺序。其次，Set结构遍历时，返回的是一个值，而Map结构遍历时，返回的是一个数组，该数组的两个成员分别为当前Map成员的键名和键值。
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```javascript
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let map = new Map().set('a', 1).set('b', 2);
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for (let pair of map) {
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console.log(pair);
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}
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// ['a', 1]
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// ['b', 2]
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for (let [key, value] of map) {
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console.log(key + ' : ' + value);
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}
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// a : 1
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// b : 2
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```
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### 计算生成的数据结构
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有些数据结构是在现有数据结构的基础上，计算生成的。比如，ES6的数组、Set、Map都部署了以下三个方法，调用后都返回遍历器。
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- entries() 返回一个遍历器，用来遍历 [键名, 键值] 组成的数组。对于数组，键名就是索引值；对于Set，键名与键值相同。Map结构的iterator接口，默认就是调用entries方法。
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||
- keys() 返回一个遍历器，用来遍历所有的键名。
|
||
- values() 返回一个遍历器，用来遍历所有的键值。
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||
这三个方法调用后生成的遍历器，所遍历的都是计算生成的数据结构。
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```javascript
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let arr = ['a', 'b', 'c'];
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for (let pair of arr.entries()) {
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||
console.log(pair);
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||
}
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// [0, 'a']
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||
// [1, 'b']
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||
// [2, 'c']
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```
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||
### 类似数组的对象
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类似数组的对象包括好几类。下面是for...of循环用于字符串、DOM NodeList对象、arguments对象的例子。
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```javascript
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// 字符串
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let str = "hello";
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for (let s of str) {
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console.log(s); // h e l l o
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}
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// DOM NodeList对象
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let paras = document.querySelectorAll("p");
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for (let p of paras) {
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p.classList.add("test");
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}
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// arguments对象
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function printArgs() {
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for (let x of arguments) {
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console.log(x);
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}
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}
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printArgs('a', 'b');
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// 'a'
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// 'b'
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```
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对于字符串来说，for...of循环还有一个特点，就是会正确识别32位UTF-16字符。
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```javascript
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for (let x of 'a\uD83D\uDC0A') {
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console.log(x);
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}
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// 'a'
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// '\uD83D\uDC0A'
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```
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并不是所有类似数组的对象都具有iterator接口，一个简便的解决方法，就是使用Array.from方法将其转为数组。
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```javascript
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let arrayLike = { length: 2, 0: 'a', 1: 'b' };
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// 报错
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for (let x of arrayLike) {
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console.log(x);
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}
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// 正确
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for (let x of Array.from(arrayLike)) {
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console.log(x);
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}
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```
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### 对象
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对于普通的对象，for...of结构不能直接使用，会报错，必须部署了iterator接口后才能使用。但是，这样情况下，for...in循环依然可以用来遍历键名。
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```javascript
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var es6 = {
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edition: 6,
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committee: "TC39",
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standard: "ECMA-262"
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};
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for (e in es6) {
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console.log(e);
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}
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// edition
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// committee
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// standard
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for (e of es6) {
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console.log(e);
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}
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// TypeError: es6 is not iterable
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```
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上面代码表示，对于普通的对象，for...in循环可以遍历键名，for...of循环会报错。
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一种解决方法是，使用`Object.keys`方法将对象的键名生成一个数组，然后遍历这个数组。
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```javascript
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for (var key of Object.keys(someObject)) {
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console.log(key + ": " + someObject[key]);
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}
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```
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在对象上部署iterator接口的代码，参见本章前面部分。一个方便的方法是将数组的`Symbol.iterator`属性，直接赋值给其他对象的`Symbol.iterator`属性。比如，想要让for...of循环遍历jQuery对象，只要加上下面这一行就可以了。
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```javascript
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jQuery.prototype[Symbol.iterator] =
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Array.prototype[Symbol.iterator];
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```
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另一个方法是使用Generator函数将对象重新包装一下。
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```javascript
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function* entries(obj) {
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for (let key of Object.keys(obj)) {
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yield [key, obj[key]];
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}
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}
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for (let [key, value] of entries(obj)) {
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console.log(key, "->", value);
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}
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// a -> 1
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// b -> 2
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// c -> 3
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```
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### 与其他遍历语法的比较
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以数组为例，JavaScript提供多种遍历语法。最原始的写法就是for循环。
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```javascript
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for (var index = 0; index < myArray.length; index++) {
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console.log(myArray[index]);
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}
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```
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这种写法比较麻烦，因此数组提供内置的forEach方法。
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```javascript
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myArray.forEach(function (value) {
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console.log(value);
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});
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```
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这种写法的问题在于，无法中途跳出forEach循环，break命令或return命令都不能奏效。
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for...in循环可以遍历数组的键名。
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```javascript
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for (var index in myArray) {
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console.log(myArray[index]);
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}
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```
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for...in循环有几个缺点。
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1）数组的键名是数字，但是for...in循环是以字符串作为键名“0”、“1”、“2”等等。
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2）for...in循环不仅遍历数字键名，还会遍历手动添加的其他键，甚至包括原型链上的键。
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3）某些情况下，for...in循环会以任意顺序遍历键名。
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总之，for...in循环主要是为遍历对象而设计的，不适用于遍历数组。
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for...of循环相比上面几种做法，有一些显著的优点。
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```javascript
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for (let value of myArray) {
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console.log(value);
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}
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```
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- 有着同for...in一样的简洁语法，但是没有for...in那些缺点。
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- 不同用于forEach方法，它可以与break、continue和return配合使用。
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- 提供了遍历所有数据结构的统一操作接口。
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下面是一个使用break语句，跳出for...of循环的例子。
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```javascript
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for (var n of fibonacci) {
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if (n > 1000)
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break;
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console.log(n);
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}
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```
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上面的例子，会输出斐波纳契数列小于等于1000的项。如果当前项大于1000，就会使用break语句跳出for...of循环。
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