概述
ES5 的对象属性名都是字符串,这容易造成属性名的冲突。比如,你使用了一个他人提供的对象,但又想为这个对象添加新的方法(mixin 模式),新方法的名字就有可能与现有方法产生冲突。如果有一种机制,保证每个属性的名字都是独一无二的就好了,这样就从根本上防止属性名的冲突。这就是 ES6 引入Symbol的原因。
ES6 引入了一种新的原始数据类型Symbol,表示独一无二的值。它属于 JavaScript 语言的原生数据类型之一,其他数据类型是:undefined、null、布尔值(Boolean)、字符串(String)、数值(Number)、大整数(BigInt)、对象(Object)。
Symbol 值通过Symbol()函数生成。这就是说,对象的属性名现在可以有两种类型,一种是原来就有的字符串,另一种就是新增的 Symbol 类型。凡是属性名属于 Symbol 类型,就都是独一无二的,可以保证不会与其他属性名产生冲突。
let s = ();typeof s
上面代码中,变量s就是一个独一无二的值。typeof运算符的结果,表明变量s是 Symbol 数据类型,而不是字符串之类的其他类型。
注意,Symbol()函数前不能使用new命令,否则会报错。这是因为生成的 Symbol 是一个原始类型的值,不是对象,所以不能使用new命令来调用。另外,由于 Symbol 值不是对象,所以也不能添加属性。基本上,它是一种类似于字符串的数据类型。
Symbol()函数可以接受一个字符串作为参数,表示对 Symbol 实例的描述。这主要是为了在控制台显示,或者转为字符串时,比较容易区分。
let s1 = ('foo');let s2 = ('bar');s1s2 // Symbol(bar)s1.toString() // "Symbol(foo)"s2.toString() // "Symbol(bar)"
上面代码中,s1和s2是两个 Symbol 值。如果不加参数,它们在控制台的输出都是Symbol(),不利于区分。有了参数以后,就等于为它们加上了描述,输出的时候就能够分清,到底是哪一个值。
如果 Symbol 的参数是一个对象,就会调用该对象的toString()方法,将其转为字符串,然后才生成一个 Symbol 值。
const obj = {toString() {return 'abc';}};const sym = (obj);sym // Symbol(abc)
注意,Symbol()函数的参数只是表示对当前 Symbol 值的描述,因此相同参数的Symbol函数的返回值是不相等的。
// 没有参数的情况let s1 = ();let s2 = ();s1 === s2 // false// 有参数的情况let s1 = ('foo');let s2 = ('foo');s1 === s2 // false
上面代码中,s1和s2都是Symbol()函数的返回值,而且参数相同,但是它们是不相等的。事实上,如果调用100次Symbol(),会得到100个互不相等的值。
Symbol 值不能与其他类型的值进行运算,会报错。
let sym = ();"your symbol is " + sym// TypeError: can't convert symbol to string`your symbol is ${sym}`// TypeError: can't convert symbol to string
但是,Symbol 值可以显式转为字符串。
let sym = ();String(sym) // 'Symbol(My symbol)'sym.toString() // 'Symbol(My symbol)'
另外,Symbol 值也可以转为布尔值,但是不能转为数值。
let sym = ();Boolean(sym) // true!sym // falseif (sym) {// ...}Number(sym) // TypeErrorsym + 2 // TypeError
Symbol.prototype.description
前面说过,Symbol()函数创建 Symbol 值时,可以用参数添加一个描述。
const sym = ('foo');
上面代码中,sym这个值的描述就是字符串foo。
但是,读取这个描述需要将 Symbol 显式转为字符串,即下面的写法。
const sym = ('foo');String(sym) // "Symbol(foo)"sym.toString() // "Symbol(foo)"
上面的用法不是很方便。ES2019 提供了一个 Symbol 值的实例属性description,直接返回 Symbol 值的描述。
const sym = ('foo');sym.description // "foo"
作为属性名的 Symbol
由于每一个 Symbol 值都是不相等的,这意味着只要 Symbol 值作为标识符,用于对象的属性名,就能保证不会出现同名的属性。这对于一个对象由多个模块构成的情况非常有用,能防止某一个键被不小心改写或覆盖。
let mySymbol = ();// 第一种写法let a = {};a[mySymbol] = 'Hello!';// 第二种写法let a = {[mySymbol]: 'Hello!'};// 第三种写法let a = {};Object.defineProperty(a, mySymbol, { value: 'Hello!' });// 以上写法都得到同样结果a[mySymbol] // "Hello!"
上面代码通过方括号结构和Object.defineProperty()方法,将对象的属性名指定为一个 Symbol 值。
注意,Symbol 值作为对象属性名时,不能用点运算符。
const mySymbol = ();const a = {};a. = 'Hello!';a[mySymbol] // undefineda[] // "Hello!"
上面代码中,因为点运算符后面总是字符串,所以不会读取mySymbol作为标识名所指代的那个值,导致a的属性名实际上是一个字符串,而不是一个 Symbol 值。
同理,在对象的内部,使用 Symbol 值定义属性时,Symbol 值必须放在方括号之中。
let s = ();let obj = {[s]: function (arg) { ... }};obj[s](123);
上面代码中,如果s不放在方括号中,该属性的键名就是字符串s,而不是s所代表的那个 Symbol 值。
采用增强的对象写法,上面代码的obj对象可以写得更简洁一些。
let obj = {[s](arg) { ... }};
Symbol 类型还可以用于定义一组常量,保证这组常量的值都是不相等的。
const log = {};log.levels = {DEBUG: ('debug'),INFO: ('info'),WARN: ('warn')};console.log(log.levels.DEBUG, 'debug message');console.log(log.levels.INFO, 'info message');
下面是另外一个例子。
const COLOR_RED = ();const COLOR_GREEN = ();function getComplement(color) {switch (color) {case COLOR_RED:return COLOR_GREEN;case COLOR_GREEN:return COLOR_RED;default:throw new Error('Undefined color');}}
常量使用 Symbol 值最大的好处,就是其他任何值都不可能有相同的值了,因此可以保证上面的switch语句会按设计的方式工作。
还有一点需要注意,Symbol 值作为属性名时,该属性还是公开属性,不是私有属性。
实例:消除魔术字符串
魔术字符串指的是,在代码之中多次出现、与代码形成强耦合的某一个具体的字符串或者数值。风格良好的代码,应该尽量消除魔术字符串,改由含义清晰的变量代替。
function getArea(shape, options) {let area = 0;switch (shape) {case 'Triangle': // 魔术字符串area = .5 * options.width * options.height;break;/* ... more code ... */}return area;}getArea('Triangle', { width: 100, height: 100 }); // 魔术字符串
上面代码中,字符串Triangle就是一个魔术字符串。它多次出现,与代码形成“强耦合”,不利于将来的修改和维护。
常用的消除魔术字符串的方法,就是把它写成一个变量。
const shapeType = {triangle: 'Triangle'};function getArea(shape, options) {let area = 0;switch (shape) {case shapeType.triangle:area = .5 * options.width * options.height;break;}return area;}getArea(shapeType.triangle, { width: 100, height: 100 });
上面代码中,我们把Triangle写成shapeType对象的triangle属性,这样就消除了强耦合。
如果仔细分析,可以发现shapeType.triangle等于哪个值并不重要,只要确保不会跟其他shapeType属性的值冲突即可。因此,这里就很适合改用 Symbol 值。
const shapeType = {triangle: ()};
上面代码中,除了将shapeType.triangle的值设为一个 Symbol,其他地方都不用修改。
属性名的遍历
Symbol 值作为属性名,遍历对象的时候,该属性不会出现在for…in、for…of循环中,也不会被Object.keys()、Object.getOwnPropertyNames()、JSON.stringify()返回。
但是,它也不是私有属性,有一个Object.getOwnPropertySymbols()方法,可以获取指定对象的所有 Symbol 属性名。该方法返回一个数组,成员是当前对象的所有用作属性名的 Symbol 值。
const obj = {};let a = ('a');let b = ('b');obj[a] = 'Hello';obj[b] = 'World';const objectSymbols = Object.getOwnPropertySymbols(obj);objectSymbols// [Symbol(a), Symbol(b)]
上面代码是Object.getOwnPropertySymbols()方法的示例,可以获取所有 Symbol 属性名。
下面是另一个例子,Object.getOwnPropertySymbols()方法与for…in循环、Object.getOwnPropertyNames方法进行对比的例子。
const obj = {};const foo = ('foo');obj[foo] = 'bar';for (let i in obj) {console.log(i); // 无输出}Object.getOwnPropertyNames(obj) // []Object.getOwnPropertySymbols(obj) // [Symbol(foo)]
上面代码中,使用for…in循环和Object.getOwnPropertyNames()方法都得不到 Symbol 键名,需要使用Object.getOwnPropertySymbols()方法。
另一个新的 API,Reflect.ownKeys()方法可以返回所有类型的键名,包括常规键名和 Symbol 键名。
let obj = {[('my_key')]: 1,enum: 2,nonEnum: 3};Reflect.ownKeys(obj)// ["enum", "nonEnum", Symbol(my_key)]
由于以 Symbol 值作为键名,不会被常规方法遍历得到。我们可以利用这个特性,为对象定义一些非私有的、但又希望只用于内部的方法。
let size = ('size');class Collection {constructor() {this[size] = 0;}add(item) {this[this[size]] = item;this[size]++;}static sizeOf(instance) {return instance[size];}}let x = new Collection();Collection.sizeOf(x) // 0x.add('foo');Collection.sizeOf(x) // 1Object.keys(x) // ['0']Object.getOwnPropertyNames(x) // ['0']Object.getOwnPropertySymbols(x) // [Symbol(size)]
上面代码中,对象x的size属性是一个 Symbol 值,所以Object.keys(x)、Object.getOwnPropertyNames(x)都无法获取它。这就造成了一种非私有的内部方法的效果。
Symbol.for(),Symbol.keyFor()
有时,我们希望重新使用同一个 Symbol 值,Symbol.for()方法可以做到这一点。它接受一个字符串作为参数,然后搜索有没有以该参数作为名称的 Symbol 值。如果有,就返回这个 Symbol 值,否则就新建一个以该字符串为名称的 Symbol 值,并将其注册到全局。
let s1 = .for('foo');let s2 = .for('foo');s1 === s2 // true
上面代码中,s1和s2都是 Symbol 值,但是它们都是由同样参数的Symbol.for方法生成的,所以实际上是同一个值。
Symbol.for()与Symbol()这两种写法,都会生成新的 Symbol。它们的区别是,前者会被登记在全局环境中供搜索,后者不会。Symbol.for()不会每次调用就返回一个新的 Symbol 类型的值,而是会先检查给定的key是否已经存在,如果不存在才会新建一个值。比如,如果你调用Symbol.for("cat")30 次,每次都会返回同一个 Symbol 值,但是调用Symbol("cat")30 次,会返回 30 个不同的 Symbol 值。
.for("bar") === .for("bar")// true("bar") === ("bar")// false
上面代码中,由于Symbol()写法没有登记机制,所以每次调用都会返回一个不同的值。
Symbol.keyFor()方法返回一个已登记的 Symbol 类型值的key。
let s1 = .for("foo");.keyFor(s1) // "foo"let s2 = ("foo");.keyFor(s2) // undefined
上面代码中,变量s2属于未登记的 Symbol 值,所以返回undefined。
注意,Symbol.for()为 Symbol 值登记的名字,是全局环境的,不管有没有在全局环境运行。
function foo() {return .for('bar');}const x = foo();const y = .for('bar');console.log(x === y); // true
上面代码中,Symbol.for('bar')是函数内部运行的,但是生成的 Symbol 值是登记在全局环境的。所以,第二次运行Symbol.for('bar')可以取到这个 Symbol 值。
Symbol.for()的这个全局登记特性,可以用在不同的 iframe 或 service worker 中取到同一个值。
iframe = document.createElement('iframe');iframe.src = String(window.location);document.body.appendChild(iframe);iframe.contentWindow..for('foo') === .for('foo')// true
上面代码中,iframe 窗口生成的 Symbol 值,可以在主页面得到。
实例:模块的 Singleton 模式
Singleton 模式指的是调用一个类,任何时候返回的都是同一个实例。
对于 Node 来说,模块文件可以看成是一个类。怎么保证每次执行这个模块文件,返回的都是同一个实例呢?
很容易想到,可以把实例放到顶层对象global。
// mod.jsfunction A() {this.foo = 'hello';}if (!global._foo) {global._foo = new A();}module.exports = global._foo;
然后,加载上面的mod.js。
const a = require('./mod.js');console.log(a.foo);
上面代码中,变量a任何时候加载的都是A的同一个实例。
但是,这里有一个问题,全局变量global._foo是可写的,任何文件都可以修改。
global._foo = { foo: 'world' };const a = require('./mod.js');console.log(a.foo);
上面的代码,会使得加载mod.js的脚本都失真。
为了防止这种情况出现,我们就可以使用 Symbol。
// mod.jsconst FOO_KEY = .for('foo');function A() {this.foo = 'hello';}if (!global[FOO_KEY]) {global[FOO_KEY] = new A();}module.exports = global[FOO_KEY];
上面代码中,可以保证global[FOO_KEY]不会被无意间覆盖,但还是可以被改写。
global[.for('foo')] = { foo: 'world' };const a = require('./mod.js');
如果键名使用Symbol方法生成,那么外部将无法引用这个值,当然也就无法改写。
// mod.jsconst FOO_KEY = ('foo');// 后面代码相同 ……
上面代码将导致其他脚本都无法引用FOO_KEY。但这样也有一个问题,就是如果多次执行这个脚本,每次得到的FOO_KEY都是不一样的。虽然 Node 会将脚本的执行结果缓存,一般情况下,不会多次执行同一个脚本,但是用户可以手动清除缓存,所以也不是绝对可靠。
内置的 Symbol 值
除了定义自己使用的 Symbol 值以外,ES6 还提供了 11 个内置的 Symbol 值,指向语言内部使用的方法。
Symbol.hasInstance
对象的Symbol.hasInstance属性,指向一个内部方法。当其他对象使用instanceof运算符,判断是否为该对象的实例时,会调用这个方法。比如,foo instanceof Foo在语言内部,实际调用的是FooSymbol.hasInstance。
class MyClass {[.hasInstance](foo) {return foo instanceof Array;}}[1, 2, 3] instanceof new MyClass() // true
上面代码中,MyClass是一个类,new MyClass()会返回一个实例。该实例的Symbol.hasInstance方法,会在进行instanceof运算时自动调用,判断左侧的运算子是否为Array的实例。
下面是另一个例子。
class Even {static [.hasInstance](obj) {return Number(obj) % 2 === 0;}}// 等同于const Even = {[.hasInstance](obj) {return Number(obj) % 2 === 0;}};1 instanceof Even // false2 instanceof Even // true12345 instanceof Even // false
Symbol.isConcatSpreadable
对象的Symbol.isConcatSpreadable属性等于一个布尔值,表示该对象用于Array.prototype.concat()时,是否可以展开。
let arr1 = ['c', 'd'];['a', 'b'].concat(arr1, 'e') // ['a', 'b', 'c', 'd', 'e']arr1[.isConcatSpreadable] // undefinedlet arr2 = ['c', 'd'];arr2[.isConcatSpreadable] = false;['a', 'b'].concat(arr2, 'e') // ['a', 'b', ['c','d'], 'e']
上面代码说明,数组的默认行为是可以展开,Symbol.isConcatSpreadable默认等于undefined。该属性等于true时,也有展开的效果。
类似数组的对象正好相反,默认不展开。它的Symbol.isConcatSpreadable属性设为true,才可以展开。
let obj = {length: 2, 0: 'c', 1: 'd'};['a', 'b'].concat(obj, 'e') // ['a', 'b', obj, 'e']obj[.isConcatSpreadable] = true;['a', 'b'].concat(obj, 'e') // ['a', 'b', 'c', 'd', 'e']
Symbol.isConcatSpreadable属性也可以定义在类里面。
class A1 extends Array {constructor(args) {super(args);this[.isConcatSpreadable] = true;}}class A2 extends Array {constructor(args) {super(args);}get [.isConcatSpreadable] () {return false;}}let a1 = new A1();a1[0] = 3;a1[1] = 4;let a2 = new A2();a2[0] = 5;a2[1] = 6;[1, 2].concat(a1).concat(a2)// [1, 2, 3, 4, [5, 6]]
上面代码中,类A1是可展开的,类A2是不可展开的,所以使用concat时有不一样的结果。
注意,Symbol.isConcatSpreadable的位置差异,A1是定义在实例上,A2是定义在类本身,效果相同。
Symbol.species
对象的Symbol.species属性,指向一个构造函数。创建衍生对象时,会使用该属性。
class MyArray extends Array {}const a = new MyArray(1, 2, 3);const b = a.map(x => x);const c = a.filter(x => x > 1);b instanceof MyArray // truec instanceof MyArray // true
上面代码中,子类MyArray继承了父类Array,a是MyArray的实例,b和c是a的衍生对象。你可能会认为,b和c都是调用数组方法生成的,所以应该是数组(Array的实例),但实际上它们也是MyArray的实例。
Symbol.species属性就是为了解决这个问题而提供的。现在,我们可以为MyArray设置Symbol.species属性。
class MyArray extends Array {static get [.species]() { return Array; }}
上面代码中,由于定义了Symbol.species属性,创建衍生对象时就会使用这个属性返回的函数,作为构造函数。这个例子也说明,定义Symbol.species属性要采用get取值器。默认的Symbol.species属性等同于下面的写法。
static get [.species]() {return this;}
现在,再来看前面的例子。
class MyArray extends Array {static get [.species]() { return Array; }}const a = new MyArray();const b = a.map(x => x);b instanceof MyArray // falseb instanceof Array // true
上面代码中,a.map(x => x)生成的衍生对象,就不是MyArray的实例,而直接就是Array的实例。
再看一个例子。
class T1 extends Promise {}class T2 extends Promise {static get [.species]() {return Promise;}}new T1(r => r()).then(v => v) instanceof T1 // truenew T2(r => r()).then(v => v) instanceof T2 // false
上面代码中,T2定义了Symbol.species属性,T1没有。结果就导致了创建衍生对象时(then方法),T1调用的是自身的构造方法,而T2调用的是Promise的构造方法。
总之,Symbol.species的作用在于,实例对象在运行过程中,需要再次调用自身的构造函数时,会调用该属性指定的构造函数。它主要的用途是,有些类库是在基类的基础上修改的,那么子类使用继承的方法时,作者可能希望返回基类的实例,而不是子类的实例。
Symbol.match
对象的Symbol.match属性,指向一个函数。当执行str.match(myObject)时,如果该属性存在,会调用它,返回该方法的返回值。
String.prototype.match(regexp)// 等同于regexp[.match](this)class MyMatcher {[.match](string) {return 'hello world'.indexOf(string);}}'e'.match(new MyMatcher()) // 1
Symbol.replace
对象的Symbol.replace属性,指向一个方法,当该对象被String.prototype.replace方法调用时,会返回该方法的返回值。
String.prototype.replace(searchValue, replaceValue)// 等同于searchValue[.replace](this, replaceValue)
下面是一个例子。
const x = {};x[.replace] = (...s) => console.log(s);'Hello'.replace(x, 'World') // ["Hello", "World"]
Symbol.replace方法会收到两个参数,第一个参数是replace方法正在作用的对象,上面例子是Hello,第二个参数是替换后的值,上面例子是World。
Symbol.search
对象的Symbol.search属性,指向一个方法,当该对象被String.prototype.search方法调用时,会返回该方法的返回值。
String.prototype.search(regexp)// 等同于regexp[.search](this)class MySearch {constructor(value) {this.value = value;}[.search](string) {return string.indexOf(this.value);}}'foobar'.search(new MySearch('foo')) // 0
Symbol.split
对象的Symbol.split属性,指向一个方法,当该对象被String.prototype.split方法调用时,会返回该方法的返回值。
String.prototype.split(separator, limit)// 等同于separator[.split](this, limit)
下面是一个例子。
class MySplitter {constructor(value) {this.value = value;}[.split](string) {let index = string.indexOf(this.value);if (index === -1) {return string;}return [string.substr(0, index),string.substr(index + this.value.length)];}}'foobar'.split(new MySplitter('foo'))// ['', 'bar']'foobar'.split(new MySplitter('bar'))// ['foo', '']'foobar'.split(new MySplitter('baz'))// 'foobar'
上面方法使用Symbol.split方法,重新定义了字符串对象的split方法的行为,
Symbol.iterator
对象的Symbol.iterator属性,指向该对象的默认遍历器方法。
const myIterable = {};myIterable[.iterator] = function* () {yield 1;yield 2;yield 3;};[...myIterable] // [1, 2, 3]
对象进行for…of循环时,会调用Symbol.iterator方法,返回该对象的默认遍历器,详细介绍参见《Iterator 和 for…of 循环》一章。
class Collection {*[.iterator]() {let i = 0;while(this[i] !== undefined) {yield this[i];++i;}}}let myCollection = new Collection();myCollection[0] = 1;myCollection[1] = 2;for(let value of myCollection) {console.log(value);}// 1// 2
Symbol.toPrimitive
对象的Symbol.toPrimitive属性,指向一个方法。该对象被转为原始类型的值时,会调用这个方法,返回该对象对应的原始类型值。
Symbol.toPrimitive被调用时,会接受一个字符串参数,表示当前运算的模式,一共有三种模式。
- Number:该场合需要转成数值
- String:该场合需要转成字符串
- Default:该场合可以转成数值,也可以转成字符串
let obj = {[.toPrimitive](hint) {switch (hint) {case 'number':return 123;case 'string':return 'str';case 'default':return 'default';default:throw new Error();}}};2 * obj // 2463 + obj // '3default'obj == 'default' // trueString(obj) // 'str'
Symbol.toStringTag
对象的Symbol.toStringTag属性,用来设定一个字符串(设为其他类型的值无效,但不报错)。在目标对象上面调用Object.prototype.toString()方法时,如果Symbol.toStringTag属性存在,该属性设定的字符串会出现在toString()方法返回的字符串之中,表示对象的类型。也就是说,这个属性可以用来定制[object Object]或[object Array]中object后面的那个大写字符串。
// 例一({[.toStringTag]: 'Foo'}.toString())// "[object Foo]"// 例二class Collection {get [.toStringTag]() {return 'xxx';}}let x = new Collection();Object.prototype.toString.call(x) // "[object xxx]"
ES6 新增内置对象的Symbol.toStringTag属性值如下。
JSON[Symbol.toStringTag]:'JSON'Math[Symbol.toStringTag]:'Math'- Module 对象
M[Symbol.toStringTag]:'Module' ArrayBuffer.prototype[Symbol.toStringTag]:'ArrayBuffer'DataView.prototype[Symbol.toStringTag]:'DataView'Map.prototype[Symbol.toStringTag]:'Map'Promise.prototype[Symbol.toStringTag]:'Promise'Set.prototype[Symbol.toStringTag]:'Set'%TypedArray%.prototype[Symbol.toStringTag]:'Uint8Array'等WeakMap.prototype[Symbol.toStringTag]:'WeakMap'WeakSet.prototype[Symbol.toStringTag]:'WeakSet'%MapIteratorPrototype%[Symbol.toStringTag]:'Map Iterator'%SetIteratorPrototype%[Symbol.toStringTag]:'Set Iterator'%StringIteratorPrototype%[Symbol.toStringTag]:'String Iterator'Symbol.prototype[Symbol.toStringTag]:'Symbol'Generator.prototype[Symbol.toStringTag]:'Generator'GeneratorFunction.prototype[Symbol.toStringTag]:'GeneratorFunction'
Symbol.unscopables
对象的Symbol.unscopables属性,指向一个对象。该对象指定了使用with关键字时,哪些属性会被with环境排除。
Array.prototype[.unscopables]// {// copyWithin: true,// entries: true,// fill: true,// find: true,// findIndex: true,// includes: true,// keys: true// }Object.keys(Array.prototype[.unscopables])// ['copyWithin', 'entries', 'fill', 'find', 'findIndex', 'includes', 'keys']
上面代码说明,数组有 7 个属性,会被with命令排除。
// 没有 unscopables 时class MyClass {foo() { return 1; }}var foo = function () { return 2; };with (MyClass.prototype) {foo(); // 1}// 有 unscopables 时class MyClass {foo() { return 1; }get [.unscopables]() {return { foo: true };}}var foo = function () { return 2; };with (MyClass.prototype) {foo(); // 2}
上面代码通过指定Symbol.unscopables属性,使得with语法块不会在当前作用域寻找foo属性,即foo将指向外层作用域的变量。
