Set 和 Map 数据结构

本文介绍 Set、WeakSet、Map、WeakMap 的基本用法

一、Set

1.1、基本用法

ES6 提供了 新的数据结构 —— Set。它类似于数组，但是成员的值都是唯一的，没有重复。Set 本身是一个构造函数，用来生成 Set 数据结构

const s = new Set();

[2, 3, 5, 5, 6, 4, 4, 8].forEach(x => s.add(x))

for (let i of s) {
  console.log(i)
}
// 235648

上面 通过 add 方法向 Set 结构加入成员，结果表明 Set结构不会添加重复的值

Set 函数可以接受一个数组（或者具有 iterator 接口的其他数据结构）作为参数，用来初始化。

const set = new Set([1, 2, 3, 4, 4])
[...set]
// [1, 2, 3, 4]

function divs() {
  return [...document.querySelectorAll('div')]
}

const set = new Set(divs())
// 元素去重
set.size

数组去重

[...new Set(array)]

1.2、Set实例的属性和方法

Set 结构的实例有以下属性。

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

Set 的操作方法：

  • add(value)：添加某个值，返回Set结构本身
  • delete(value)：删除某个值，返回一个布尔值，表示是否删除成功
  • has(value)：返回一个布尔值，表示参数是否为 Set 的成员
  • clear()：清除所有成员，没有返回值

Array .form 方法可以将 Set 结构转为数组

const items = new Set([1, 2, 3, 4, 4])
const array = Array.from(items)
array // [1, 2, 3, 4]

这就提供了一种去除数组的重复元素的方法

function dedupe(array) {
  return Array.from(new Set(array))
}

dedupe([1, 1, 2, 3]) // [1, 2, 3]

1.3、遍历操作

Set 结构的实例有 4个遍历方法，可用于遍历成员

  • keys()：返回键名的遍历器
  • values()：返回键值的遍历器
  • entries()：返回键值对的遍历器
  • 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。这个特性有时非常有用，比如使用 Set保存一个回调函数列表，调用时就能保住按照添加顺序调用。

keys()、values()、entries()

keys 方法、values 方法、entries 方法都返回的是遍历器对象。由于Set 结构没有键名，只有键值(键名 和 键值 是同一个值)，所以 keys 方法 和 values 方法的行为完全一致。

let set = new Set(['red', 'green', 'blue'])

for (let item of set.keys()) {
  console.log(item)
}
// red
// green
// blue

for (let item of set.values()) {
  console.log(item)
}
// red
// green
// blue

for (let item of set.entries()) {
  console.log(item)
}
// ['red', 'red']
// ['green', 'green']
// ['blue', 'blue']

entries 方法返回的遍历器同时包括键名 和 键值，所以每次输出一个数组，其两个成员完全相等。

Set 结构的实例默认可遍历，其默认遍历器生成函数就是它的 values方法

Set.prototype[Symbol.iterator] === Set.prototype.values

这意味着，可以省略 values 方法，直接用 for...of 循环遍历 Set

forEach()

Set 结构实例的 forEach 方法用于对每个成员执行某种操作，没有返回值

let set = new Set([1, 2, 3])

set.forEach((value, key) => console.log(value * 2))
// 2
// 4
// 6

forEach 还有第二个参数，表示绑定的 this 对象

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

let set = new Set(['red', 'green', 'blue'])
let arr = [...set]
// ['red', 'green', 'blue']

数组的 map 和 filter 方法也可以用于 set

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

let set = new Set([1, 2, 3, 4, 5])
set = new Set([...set].filter(x =>( x % 2 ) == 0))
// Set(2) {2, 4}

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

let a = new Set([1, 2, 3])
let b = new Set([4, 3, 2])

// 并集
let union = new Set([...a, ...b])
//Set(4) {1, 2, 3, 4}

// 交集
let intersect = new Set([...a].filter(x => b.has(x)))
// Set(2) {2, 3}

// 差集
let difference = new Set([...a].filter(x => !b.has(x)))
// Set(1) {1}

如果想在遍历操作中改变原来的 Set 结构，目前没有直接的方法，但有两种变通方法。一种时利用原Set 结构映射出一个新的结构，然后赋值给原来的 Set 结构：另一种是利用 Array.from 方法。

// 方法一
let set = new Set([1, 2, 3])
set = new Set([...set].map(val => val * 2))
// {2, 4, 6}

// 方法二
let set = new Set([1, 2, 3])
set = new Set(Array.from(set, val => val * 2))
// {2, 4, 6}

二、WeakSet

2.1、含义

WeakSet 结构与 Set 类似，也是步重复的值的集合。但是，它与 Set 有两个区别：

  1. WeakSet 的成员只能是对象，而不能是其他类型的值。
  2. 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，如果其他对象都不在引用该对象，那么垃圾回收机制会自动回收该对象所占用的内存，不考虑该对象是否还存在与 WeakSet 之中)

2.2、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()

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。

const a = [[1, 2], [3, 4]]
const ws = new WeakSet(a)

// WeakSet {[1, 2], [3, 4]}

成为 WeakSet 的成员的是 a 数组的成员，而不是 a 数组本身。这意味着，数组的成员只能是对象。

WeakSet 结构有以下 3 个方法

  • WeakSet.prototype.add(value)：向 WeakSet 实例添加一个新成员。
  • WeakSet.prototype.delete(value)：清除 WeakSet 实例的指定成员
  • WeakSet.prototype.has(value)：返回一个布尔值，表示某个值是否在 WeakSet 实例中。
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，没有办法遍历成员

WeakSet 不能遍历，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 的一个用处是存储 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。

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 实例上调用')
    }
  }
}

上面的代码保证了 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，数组 foos 对实例的引用不会被计入回收机制，所以删除实例的时候不用考虑 foos，也不会出现内存泄漏。

三、Map

3.1、含义和基本用法

JavaScript 的对象(Object) 本质上是键值对的集合(Hash 结构)，但是只能用字符串作为键。这给它的使用带来了很大的限制。为了解决这个问题，ES6提供了 Map 数据结构。它类似于对象，也是键值对的集合，但是“键”的范围不限于字符串，各种类型的值(包括对象) 都可以作为键。(也就是说，Object 结构提供了 “字符串——值” 的对应，Map 结构提供了“值——值”的对应，是一种更完善的 Hash 结构实现)

const m = new Map()
const o = {p: 'Hello World'}

m.set(o, 'content')
m.get(o) // 'content'

m.has(o) // true
m.delete(0) // true
m.has(0) // false

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 map = new Map([
  ['name', '张三'],
  ['title', 'Author']
])

map.size // 2
map.has('name') // true
map.get('name') // "张三"
map.has('title') // true
map.get('title') // "Author"

Map 构造函数姐搜数座作为参数，实际上执行的是下面的算法

const items = [
  ['name', '张三'],
  ['title', 'Author']
]

const map = new Map()

items.forEach(
  ([key, value]) => map.set(key, value)
)

事实上，任何具有 Iterator 接口且每个成员都是一个双元素数组的数据结构都可以当作 Map 构造函数的参数。也就是说，Set 和 Map 都可以用来生成新的 Map。

const set = new Set([
  ['foo', 1],
  ['bar', 2]
])

const m1 = new Map(set)
m1. get('foo') // 1

const m2 = new Map([['baz', 3]])
const m3 = new Map(m2)
m3.get('baz') // 3

注意事项

  • 如果对同一个键多次赋值，后面的值将覆盖前面的值
  • 如果读取一个未知的键，则返回 undefined
  • Map 的键实际上是和内存地址绑定的，只要内存地址不一样，就视为两个键。

只有对同一个对象的引用，Map 结构才将其视为同一个键。这一点要非常小心

const map = new Map()

map.set(['a'], 555)
map.get(['a']) // undefined
  • 同理，同样的值的两个实例在 Map 结构中被视为两个键
  • 如果 Map 的键是一个简单类型的值，则只要两只严格相等，Map就将其视为一个键，包括 0 -0。另外，虽然 NaN 不严格等于自身，但是 Map 将其视为同一个键。

3.2、实例的属性和操作方法

Map 结构的实例有以下几个属性和操作方法

  • size：返回Map 结构的成员总数
  • set(key, value)：设置 key 所对应的键值，然后返回整个Map 结构。如果 key 已经有值，则键值会被更新，否则就生成该键。set方法返回的是当前的 Map 对象，因此可以采用链式写法。
  • get(key)：get 方法读取 key 对应的键值，如果找不到 key，则返回 undefined
  • has(key)：has 方法返回一个布尔值，表示某个键是否在 Map 数据结构中。
  • delete(key)： delete 方法删除某个键，返回 true。如果删除失败，则返回false
  • clear()：清除所以成员，没有返回值

3.3、遍历方法

Map 原生提供了 3个 遍历器生成函数和一个遍历方法。

  • keys()：返回键名的遍历器
  • values()：返回键值的遍历器
  • entries()：返回所有成员的遍历器
  • forEach()：遍历 Map 的所有成员

需要特别注意的是，Map 的遍历顺序就是插入顺序。

const map = new Map([
  ['F', 'no'],
  ['T', 'yes']
])

for (let key of map.keys()) {
  console.log(key)
}
//"F"
// "T"

for (let value of map.values()) {
  console.log(value)
}
// "no"
// "yes"

for (let item of map.entries()) {
  console.log(item[0], item[1])
}
// "F" "no"
// "T" "yes"

// 或者

for( let [key, value] of map.entries()) {
  console.log(key, value)
}
// "F" "no"
// "T" "yes"

Map 结构的默认遍历器接口（Symbol.interator 属性）就是 entries 方法

map[Symbol.iterator] === map.entries
// true

for(let [key, value] of map) {}
// 等同于
for (let [key, value] of map.entries()) {}

Map 结构转为数组结构的比较快速的方法是结合扩展运算符(...)

const map = new Map([
  [1, 'one'],
  [2, 'two'],
  [3, 'three']
])

[...map.keys()];
// [ 1, 2, 3]

[...map.values()];
// ["one", "two", "three"]

[...map.entries()];
// [[1, "one"],  [2, "two"], [3, "three"]]

[...map]
// [[1, "one"],  [2, "two"], [3, "three"]]

结合数组的 map 方法、filter 方法，可以实现 Map 的遍历和过滤(Map 本身没有 map 和 filter 方法)

const map0 = new Map()
  .set(1, 'a')
  .set(2, 'b')
  .set(3, 'c')

const map1 = new Map(
  [...map0].map(([k, v]) => [k * 2, '_' + v])
)
map1
// Map(3) {2 => "_a", 4 => "_b", 6 => "_c"}


const map2 = new Map(
  [...map0].filter(([k, v]) => k < 3)
)
// Map(2) {1 => "a", 2 => "b"}

此外，Map 还有一个 forEach 方法，与数组的 forEach 方法类似，也可以实现遍历。forEach 方法还可以接受第二个参数，用于绑定 this

const reporter = {
  report: function(key, value) {
    console.log("key: %s, Value: %s", key, value)
  }
}

map.forEach(function(value, key, map) {
  this.report(key, value)
}, reporter)

3.4、与其他数据结构的互相转换

Map 转为数组
使用扩展运算符(...)

const myMap = new Map()
  .set(true, 7)
  .set(1, 'b');

[...myMap]

数组转为 Map
将数组传入 Map 构造函数就可以转为 Map

new Map([
  [true, 7],
])

Map 转为对象
如果 Map 的所有键都是字符串，则可以转为对象

function strMapToObj(strMap) {
  let obj = Object.create(null)
  for (let [k, v] of strMap) {
    obj[k] = v
  }
  return obj
}

对象转为Map

function objToStrMap(obj) {
  let strMap = new Map()
  for (let k of Object.kets(obj)) {
    strMap.set(k, obj[k])
  }
  return strMap
}

Map 转为 JSON
Map 转为 JSON 要区分两种情况：

  1. Map 的建名都是字符串，这是可以选择转为对象JSON
function strMapToJson(strMap) }
  return JSON.stringify(strMapToObj(strMap))
}
  1. Map 的键名有非字符串，这时可以选择转为数组JSON
function mapToArrayJson(map) {
  return JSON.stringify([...map])
}

JSON 转为 Map
JSON转为 Map，正常情况下所有键名都是字符串。

function jsonToStrMap(jsonStr) {
  return objToStrMap(JSON.parse(jsonStr))
}

有一种特殊情况：整个JSON就是一个数组，且每个数组成员本身又是一个具有两个成员的数组。这是，它可以一一对应地转为Map。这往往时数组转为JSON的逆操作。

function jsonToMap(jsonStr) {
  return new Map(JSON.parse(jsonStr))
}

四、WeakMap

4.1、含义

WeakMap 结构与 Map 结构类似，也用于生成键值对的集合。

  • WeakMap 可以使用 set 方法添加成员
  • WeakMap 也可以接受一个数组，作为构造函数的参数

WeakMap 和 Map 的区别有以下两点：

  1. 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: Invalid value used as weak map key
  1. 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，又是我们想在某个对象上面存放一些数据，但是这会形成对这个对象的引用

如下例子

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

如上，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。

// 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，就会造成内存泄漏

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。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，典型的应用场景是，在网页的 DOM 元素上添加数据时就可以使用 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。
总之，WeakMap的专用场景就是它的键所对应的对象可能会在将来消失的场景，WeakMap 结构有助于防止内存泄漏。

const wm = new WeakMap()

let key = {}
let obj = {foo: 1}

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

上面的代码中，键值 obj 是正常引用的，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

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的。

4.2、WeakMap 的语法

WeakMap 与 Map 在 API 上的区别主要有两个：

  1. 没有遍历操作(即没有 key()、values()、entries())，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，和垃圾回收机制是否运行相关。)
  2. 无法清空，即不支持 clear 方法。因此，WeakMap 只有4个方法可用：get()、set()、has()、delete()

4.3、WeakMap 示例

通过 Node 的 process.memoryUsage 方法看出来

首先，打开 Node 命令行。 --expose-gc 参数表示允许手动执行垃圾回收机制

$ node --expose-gc

然后执行下面代码
手动执行一次垃圾回收，保证获取的内存使用状态准确

> global.gc()
undefined

查看内存占用的初始状态，heapUsed 为 4.6MB 左右

> process.memoryUsage()
{ rss: 22802432,
  heapTotal: 7585792,
  heapUsed: 4720600,
  external: 8713 }

> let wm = new WeakMap()
undefined

// 新建一个变量key，指向一个 5 * 1024 * 1024 的数组
> let key = new Array(5 * 1024 * 1024)
undefined

// 设置 WeakMap 实例的键名，也指向 key 数组
// 这时，key 数组的引用计数为 2
// 变量 key 引用一次，WeakMap 的键名引用第二次
> wm.set(key, 1)
WeakMap{}

> global.gc()
undefined

这是内存占用 heapUsed 增加到了(这里应该会增加)

> process.memoryUsage()
{ rss: 22802432,
  heapTotal: 7585792,
  heapUsed: xxxxxxx,
  external: 8713 }

// 然后清除 变量 key 对数组的引用
> key = null

// 再次再次执行垃圾回收
> global.gc()

// 再次查看
> process.memoryUsage()

4.4、WeakMap 用途

1. WeakMap 应用的典型场景就是以 DOM 节点作为键名的场景。

let myElement = document.getElementById('logo')
let myWeakmap = new WeakMap()

myWeakmap.set(myElement, {timesClicked: 0})

myElement.addEventListener('click', function() {
  let logoData = myWeakmap.get(myElement)
  logData.timesClicked++
})

每当发生 click 事件就更新一下状态。一旦这个 DOM 节点删除，改状态就会自动消失，不存在内存泄漏风险。

2. 注册监听事件的 listener 对象很适合用WeakMap 来实现

const listener = new WeakMap()

listener.set(element1, handler1)
listener.set(element2, handler2)

element1.addEventListener('click', listener.get(element1), false)
element2.addEventListener('click', listener.get(element2), false)

监听函数放在 WeakMap 里面。一旦 DOM 对象消失，与它绑定的监听函数也会自动消失。

3. WeakMap 的另一个用处时部署私有属性

const _counter = new WeakMap()
const _action = new WeakMap()

class Countdown {
  constructor(counter, action) {
    _counter.set(this, counter)
    _action.set(this, action)
  }
  dec() {
    let counter = _counter.get(this)
    if (counter < 1) return
    counter--;
    _counter.set(this, counter)
    if (counter === 0) {
      _action.get(this)()
    }
  }
}

const c = new Countdown(2, () => console.log('DONE'))
c.dec()
c.dec()
//DONE

上面的代码中，Countdown 类的两个内部属性 —— _counter 和 _action —— 是实例的弱引用，如果删除实例，它们也会随之消失，不会造成内存泄漏

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