Set和Map数据结构

文章编写参考 阮一峰《ECMAScript 6 入门》


1. Set

1.1 基本用法

Set是ES6提供的新的数据结构。它类似于数组,但是成员的值都是唯一的,没有重复的值。

Set数据结构和Symbol不一样,Set需要使用构造函数来生成数据结构实例。

const s = new Set();

上面代码通过Set构造函数生成了一个Set数据实例。

const s = new Set();

[1, 2, 3, 4, 5, 6, 5, 4].forEach(v => s.add(v));

console.log(s);
//  Set { 1, 2, 3, 4, 5, 6 }

上面代码中通过add方法向Set结构中加入成员,可以看出Set结构中不会添加重复的成员。

【Set允许初始化时传入一个数组作为参数(或者具有 iterable 接口的其他数据结构)】,则上面的例子可以改写为下面这个样子。

const s = new Set([1, 2, 3, 4, 5, 6, 5, 4]);

console.log(s);
//Set { 1, 2, 3, 4, 5, 6 }

上面代码应用数组做为参数,将数组数据结构转换成了Set数据结构,并去除了重复数据。
结合扩展运算符,我们便又拥有了一种数组数据去重的方式

const s = new Set([1, 2, 3, 4, 5, 6, 5, 4]);

console.log([...s]);
//[ 1, 2, 3, 4, 5, 6 ]

上面代码中将原数组中的重复值很轻松的就去掉了。

【注意】在向Set中添加元素的时候,不会发生类型的转换!也就是说字符串‘5’和数值5是两个数据,不会被去重。而且Set数据结构的内部是使用的严格相等运算符(===),但是在Set数据结构中NaN是等于NaN的。

const s = new Set([5, '5']);

console.log(s);
//// Set { 5, '5' }

const s = new Set([NaN,NaN]);
console.log(s);
//Set { NaN }

上面代码中证明了往Set中插入值得时候不会发生类型的转换,并且在Set内部,NaN===NaN。

【Set数据结构中,两个对象总是认为不相等的】

const s = new Set();

s.add({});
console.log(s.size);    // 1

s.add({});
console.log(s.size);    // 2

上面代码中Set数据结构中拥有一个空对象之后还能继续添加一个空对象,证明在Set数据内部,两个对象是不想等的。

1.2 Set实例的属性和方法

1.2.1 Set实例属性
Set实例有以下两种属性

  1. Set.prototype.constructor:构造函数,默认就是Set函数。
  2. Set.prototype.size:返回Set实例的成员总数。

1.2.2 Set实例的方法
Set实例方法有【操作方法】和【遍历方法】两大类。

1.2.2.1 操作方法

  1. add(value):添加某个值,返回Set结构本身
  2. delete(value):删除某个值,返回一个布尔值,表示删除是否成功。
  3. has(value):返回一个布尔值,表示该值是否为Set的成员。
  4. clear():清除所有成员,没有返回值。
const s = new Set();

s.add('Blue').add('Crazy');

s.size();   // 2

s.delete('Crazy');  // true

s.has('Crazy'); // false

s.clear();

s.size();   // 0 

上面一组代码对实例属性和4个操作方法做出了演示。

【Array.from方法可以将Set数据结构转换成数组】

const s = new Set([1, 2, 3, 4, 5])
Array.from(s);
//[ 1, 2, 3, 4, 5 ]

// 结合上文中的另外一个方法(利用扩展运算符)

const s = new Set([1, 2, 3, 4, 5])
let arr = [...s]
console.log(arr);
//[ 1, 2, 3, 4, 5 ]

1.2.2.2 遍历方法

  1. keys():返回键名的遍历器
  2. values():返回键值的遍历器
  3. entries():返回键值对的遍历器
  4. forEach():使用回调函数遍历每个成员

【Set的遍历顺序就是插入顺序】

const s = new Set(['Blue', 'Crazy', 'Pink']);

for(let key of s.keys()){
    console.log(key);
}
/// Blue
// Crazy
// Pink

for(let value of s.values()){
    console.log(value);
}
/// Blue
// Crazy
// Pink

for (let item of s.entries()) {
    console.log(item);
}
// [ 'Blue', 'Blue' ]
// [ 'Crazy', 'Crazy' ]
// [ 'Pink', 'Pink' ]

上面代码中是前三种方法的遍历,由于Set数据结构只有键值没有键名,所以values和keys的行为完全一致。

【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。】,这意味着,可以省略values方法,直接用for…of循环遍历 Set。

const s = new Set(['Blue', 'Crazy', 'Pink']);
for (let value of s) {
    console.log(value);
}
/// Blue
// Crazy
// Pink

【forEach( )遍历】由于Set数据结构和数组很像,所以forEach( )默认对每个值进行操作。

const s = new Set(['Blue', 'Crazy', 'Pink']);
s.forEach(x => console.log(x))
/// Blue
// Crazy
// Pink

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】。另外,forEach方法还可以有第二个参数,表示绑定的this对象。

1.2.2.3 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。

const s = new Set(['Blue', 'Crazy', 'Pink']);
let arr = [...s];
//[ 'Blue', 'Crazy', 'Pink' ]

【数组的map和filter方法也可以用于Set数据结构】

let s = new Set([1, 2, 3]);
s = new Set([...s].map(x => x * 2));
console.log(s);
// Set { 2, 4, 6 }

let s = new Set([1, 2, 3, 4]);
s = new Set([...s].filter(x => x % 2 == 0));
console.log(s);
//Set { 2, 4 }

【因此使用 Set 可以很容易地实现并集(Union)、交集(Intersect)和差集】

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 }

2. 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】。

由于上面这个特点,WeakSet 的成员是不适合引用的,因为它会随时消失。另外,由于 WeakSet 内部有多少个成员,取决于垃圾回收机制有没有运行,运行前后很可能成员个数是不一样的,而垃圾回收机制何时运行是不可预测的,因此 ES6 规定 WeakSet 不可遍历。

2.1 基本语法

WeakSet 是一个构造函数,可以使用new命令,创建 WeakSet 数据结构。

const 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。

const a = [[1, 2], [3, 4]];
const ws = new WeakSet(a);
// WeakSet {[1, 2], [3, 4]}

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。

const b = [3, 4];
const 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。

  1. WeakSet.prototype.add(value):向 WeakSet 实例添加一个新成员。
  2. WeakSet.prototype.delete(value):清除 WeakSet 实例的指定成员。
  3. 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。

const ws = new WeakSet();
const obj = {};
const 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。


3. Map

3.1 概述

Map数据结构是ES5键值对对象的加强,ES5的键值对对象只能使用字符串用作键名称,Map的键名范围不限于字符串,Map结构提供了“值-值”的对应,是一种完善的Hash结构的实现。

const m = new Map();
const key = { name: "Blue" };

m.set(key, 'Crazy');
m.get(key); //Crazy

m.has(key); //true
m.delete(key);  //true
m.has(key); //false

上面代码中用了Map数据结构的Set方法,将对象key作为了键,然后又使用get方法读取这个键,has方法判断该结构中是否有该值,然后用delete删除了这个键。

【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。

const m = new Map([
    ["Name", "Blue"],
    ["Age", 23],
    ["Gender", "Man"]
]);
console.log(m);
//  Map { 'Name' => 'Blue', 'Age' => 23, 'Gender' => 'Man' }

上面代码在构造函数中传入一个二维数组作为参数,生成了一个拥有Name、Age、Gender三个键的Map数据结构。

Map数据结构接受数组作为参数实质是执行了下面的操作

const Arr = [
    ["Name", "Blue"],
    ["Age", 23],
    ["Gender", "Man"]
];
const m = new Map();
m.forEach(([key, value]) => m.set(key, value));

上面代码应用数组的解构赋值,调用本来的set方法为Map数据结构添加值。

【如果对一个键多次赋值,后面的值将覆盖前面的值】

const m = new Map();
m.set('Name', 'Blue');
m.set('Name', 'Crazy');
console.log(m);
////    Map { 'Name' => 'Crazy' }

【如果读取一个未知的键,返回undefined】

new Map().get('Name');  //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。

const map = new Map();

map.set(['a'], 555);
map.get(['a']) // undefined

上面代码中的set和get方法,表面上是一个键,但实际上这是两个键,这两个数组虽然数组成员一样,但是两个数组在内存中的地址是不一样的。

那么同样值得两个实例,在Map结构中也被视为两个键。

const m = new Map(); 
const arr1 = ['a'];
const arr2 = ['a'];
m.set(arr1, 'Blue')
    .set(arr2, 'Crazy');
console.log(m);
////    Map { [ 'a' ] => 'Blue', [ 'a' ] => 'Crazy' }

3.2 实例的属性和操作方法

3.2.1 实例的属性

3.2.1.1 size属性
size属性在上面中已经接触到了,返回Map数据结构中的成员总数

const m = new Map();
const arr1 = ['a'];
const arr2 = ['a'];
m.set(arr1, 'Blue')
    .set(arr2, 'Crazy');
m.size; // 2

3.2.2 实例的方法

3.2.2.1 set(key,value)
set方法设置键名key对应的键值为value,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。

const 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 返回的是当前Map对象,因此可以采用链式写法。

let map = new Map()
  .set(1, 'a')
  .set(2, 'b')
  .set(3, 'c');

3.2.2.2 get(key)
get方法读取key对应的键值,如果找不到key,返回undefined。

const m = new Map();

const hello = function() {console.log('hello');};
m.set(hello, 'Hello ES6!') // 键是函数

m.get(hello)  // Hello ES6!

3.2.2.2 has(key)
has方法返回一个布尔值,表示某个键是否在当前 Map 对象之中。

const 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

3.2.2.3 delete(key)
delete方法删除某个键,返回true。如果删除失败,返回false。

const m = new Map();
m.set(undefined, 'nah');
m.has(undefined)     // true

m.delete(undefined)
m.has(undefined)       // false

3.2.2.4 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

3.2.2.5 遍历方法
Map 结构原生提供三个遍历器生成函数和一个遍历方法。

  1. keys():返回键名的遍历器。
  2. values():返回键值的遍历器。
  3. entries():返回所有成员的遍历器。
  4. forEach():遍历 Map 的所有成员。

【注意】Map的遍历顺序就是插入顺序

const m = new Map([
    ['Name', 'Blue'],
    ['Age', 23]
])

for (let key of m.keys()) {
    console.log(key);
}
// Name
// Age

for (let value of m.values()) {
    console.log(value);
}
// Blue
// 23

for (let [key, value] of m.entries()) {
    console.log([key, value]);
}
// [ 'Name', 'Blue' ]
// [ 'Age', 23 ]

【结合扩展运算符,将Map结构转换成数组】

const m = new Map([
    ['Name', 'Blue'],
    ['Age', 23]
])

console.log([...m.keys()]);
// [ 'Name', 'Age' ]

console.log([...m.values()]);
// [ 'Blue', 23 ]

console.log([...m.entries()]);
// [ [ 'Name', 'Blue' ], [ 'Age', 23 ] ]

console.log([...m]);
// [ [ 'Name', 'Blue' ], [ 'Age', 23 ] ]

4. WeakMap

4.1 概述

WeakMap结构与Map结构类似,也是用于生成键值对的集合。

// WeakMap 可以使用 set 方法添加成员
const wm1 = new WeakMap();
const key = {foo: 1};
wm1.set(key, 2);
wm1.get(key) // 2

// WeakMap 也可以接受一个数组,
// 作为构造函数的参数
const k1 = [1, 2, 3];
const k2 = [4, 5, 6];
const wm2 = new WeakMap([[k1, 'foo'], [k2, 'bar']]);
wm2.get(k2) // "bar"

【WeakMap与Map的区别有两点】

首先,【WeakMap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】。

const 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
map.set(null, 2)
// TypeError: Invalid value used as weak map key

上面代码中,如果将数值1和Symbol值作为 WeakMap 的键名,都会报错。

【其次,WeakMap的键名所指向的对象,不计入垃圾回收机制】

WeakMap的设计目的在于,有时我们想在某个对象上面存放一些数据,但是这会形成对于这个对象的引用。请看下面的例子。

const e1 = document.getElementById('foo');
const e2 = document.getElementById('bar');
const arr = [
  [e1, 'foo 元素'],
  [e2, 'bar 元素'],
];

上面代码中,e1和e2是两个对象,我们通过arr数组对这两个对象添加一些文字说明。这就形成了arr对e1和e2的引用。

一旦不再需要这两个对象,我们就必须手动删除这个引用,否则垃圾回收机制就不会释放e1和e2占用的内存。

// 不需要 e1 和 e2 的时候
// 必须手动删除引用
arr [0] = null;
arr [1] = null;

上面这样的写法显然很不方便。一旦忘了写,就会造成内存泄露。

WeakMap 就是为了解决这个问题而诞生的,它的键名所引用的对象都是弱引用,即垃圾回收机制不将该引用考虑在内。因此,只要所引用的对象的其他引用都被清除,垃圾回收机制就会释放该对象所占用的内存。也就是说,一旦不再需要,WeakMap 里面的键名对象和所对应的键值对会自动消失,不用手动删除引用。

基本上,如果你要往对象上添加数据,又不想干扰垃圾回收机制,就可以使用 WeakMap。一个典型应用场景是,在网页的 DOM 元素上添加数据,就可以使用WeakMap结构。当该 DOM 元素被清除,其所对应的WeakMap记录就会自动被移除。

const wm = new WeakMap();

const element = document.getElementById('example');

wm.set(element, 'some information');
wm.get(element) // "some information"

上面代码中,先新建一个 Weakmap 实例。然后,将一个 DOM 节点作为键名存入该实例,并将一些附加信息作为键值,一起存放在 WeakMap 里面。这时,WeakMap 里面对element的引用就是弱引用,不会被计入垃圾回收机制。

也就是说,上面的 DOM 节点对象的引用计数是1,而不是2。这时,一旦消除对该节点的引用,它占用的内存就会被垃圾回收机制释放。Weakmap 保存的这个键值对,也会自动消失。

总之,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。

注意,WeakMap 弱引用的只是键名,而不是键值。键值依然是正常引用。

const wm = new WeakMap();
let key = {};
let obj = {foo: 1};

wm.set(key, obj);
obj = null;
wm.get(key)
// Object {foo: 1}

上面代码中,键值obj是正常引用。所以,即使在 WeakMap 外部消除了obj的引用,WeakMap 内部的引用依然存在。

4.2 WeakMap 的语法

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。因为没有办法列出所有键名,某个键名是否存在完全不可预测,跟垃圾回收机制是否运行相关。这一刻可以取到键名,下一刻垃圾回收机制突然运行了,这个键名就没了,为了防止出现不确定性,就统一规定不能取到键名。二是无法清空,即不支持clear方法。因此,WeakMap只有四个方法可用:get()、set()、has()、delete()。

const wm = new WeakMap();

// size、forEach、clear 方法都不存在
wm.size // undefined
wm.forEach // undefined
wm.clear // undefined
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