(第十章)Symbol

Symbol

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。它是JavaScript语言的第七种数据类型,前六种是:Undefined、Null、布尔值(Boolean)、字符串(String)、数值(Number)、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 = Symbol();

typeof s
// "symbol"

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。也就是说,由于Symbol值不是对象,所以不能添加属性。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,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。

var s1 = Symbol('foo');
var s2 = Symbol('bar');

s1 // Symbol(foo)
s2 // Symbol(bar)

s1.toString() // "Symbol(foo)"
s2.toString() // "Symbol(bar)"

上面代码中,s1s2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 = Symbol(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
var s1 = Symbol();
var s2 = Symbol();

s1 === s2 // false

// 有参数的情况
var s1 = Symbol('foo');
var s2 = Symbol('foo');

s1 === s2 // false

上面代码中,s1s2都是Symbol函数的返回值,而且参数相同,但是它们是不相等的。

Symbol值不能与其他类型的值进行运算,会报错。

var sym = Symbol('My symbol');

"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。

var sym = Symbol('My symbol');

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。

var sym = Symbol();
Boolean(sym) // true
!sym  // false

if (sym) {
  // ...
}

Number(sym) // TypeError
sym + 2 // TypeError

作为属性名的Symbol

由于每一个Symbol值都是不相等的,这意味着Symbol值可以作为标识符,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。

var mySymbol = Symbol();

// 第一种写法
var a = {};
a[mySymbol] = 'Hello!';

// 第二种写法
var a = {
  [mySymbol]: 'Hello!'
};

// 第三种写法
var 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,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。

var mySymbol = Symbol();
var a = {};

a.mySymbol = 'Hello!';
a[mySymbol] // undefined
a['mySymbol'] // "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 = Symbol();

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。

log.levels = {
  DEBUG: Symbol('debug'),
  INFO: Symbol('info'),
  WARN: Symbol('warn')
};
log(log.levels.DEBUG, 'debug message');
log(log.levels.INFO, 'info message');

下面是另外一个例子。

const COLOR_RED    = Symbol();
const COLOR_GREEN  = Symbol();

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,该由含义清晰的变量代替。

function getArea(shape, options) {
  var 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。

var shapeType = {
  triangle: 'Triangle'
};

function getArea(shape, options) {
  var 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: Symbol()
};

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 作为属性名,该属性不会出现在for...infor...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。

Object.getOwnPropertySymbols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。

var obj = {};
var a = Symbol('a');
var b = Symbol('b');

obj[a] = 'Hello';
obj[b] = 'World';

var objectSymbols = Object.getOwnPropertySymbols(obj);

objectSymbols
// [Symbol(a), Symbol(b)]

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。

var obj = {};

var foo = Symbol("foo");

Object.defineProperty(obj, foo, {
  value: "foobar",
});

for (var i in obj) {
  console.log(i); // 无输出
}

Object.getOwnPropertyNames(obj)
// []

Object.getOwnPropertySymbols(obj)
// [Symbol(foo)]

上面代码中,使用Object.getOwnPropertyNames方法得不到Symbol属性名,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 = {
  [Symbol('my_key')]: 1,
  enum: 2,
  nonEnum: 3
};

Reflect.ownKeys(obj)
// [Symbol(my_key), 'enum', 'nonEnum']

由于以 Symbol 值作为名称的属性,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。

var size = Symbol('size');

class Collection {
  constructor() {
    this[size] = 0;
  }

  add(item) {
    this[this[size]] = item;
    this[size]++;
  }

  static sizeOf(instance) {
    return instance[size];
  }
}

var x = new Collection();
Collection.sizeOf(x) // 0

x.add('foo');
Collection.sizeOf(x) // 1

Object.keys(x) // ['0']
Object.getOwnPropertyNames(x) // ['0']
Object.getOwnPropertySymbols(x) // [Symbol(size)]

上面代码中,对象xsize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,否则就新建并返回一个以该字符串为名称的Symbol值。

var s1 = Symbol.for('foo');
var s2 = Symbol.for('foo');

s1 === s2 // true

上面代码中,s1s2都是 Symbol 值,但是它们都是同样参数的Symbol.for方法生成的,所以实际上是同一个值。

Symbol.for()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。

Symbol.for("bar") === Symbol.for("bar")
// true

Symbol("bar") === Symbol("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

var s1 = Symbol.for("foo");
Symbol.keyFor(s1) // "foo"

var s2 = Symbol("foo");
Symbol.keyFor(s2) // undefined

上面代码中,变量s2属于未登记的Symbol值,所以返回undefined

需要注意的是,Symbol.for为Symbol值登记的名字,是全局环境的,可以在不同的 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.Symbol.for('foo') === Symbol.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.js
function A() {
  this.foo = 'hello';
}

if (!global._foo) {
  global._foo = new A();
}

module.exports = global._foo;

然后,加载上面的mod.js

var 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。

var a = require('./mod.js');
global._foo = 123;

上面的代码,会使得别的脚本加载mod.js都失真。

为了防止这种情况出现,我们就可以使用Symbol。

// mod.js
const FOO_KEY = Symbol.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。

var a = require('./mod.js');
global[Symbol.for('foo')] = 123;

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.js
const FOO_KEY = Symbol('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,所以也不是完全可靠。

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Foo[Symbol.hasInstance](foo)

class MyClass {
  [Symbol.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 [Symbol.hasInstance](obj) {
    return Number(obj) % 2 === 0;
  }
}

1 instanceof Even // false
2 instanceof Even // true
12345 instanceof Even // false

Symbol.isConcatSpreadable

对象的Symbol.isConcatSpreadable属性等于一个布尔值,表示该对象使用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[Symbol.isConcatSpreadable] // undefined

let arr2 = ['c', 'd'];
arr2[Symbol.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属性等于trueundefined,都有这个效果。

类似数组的对象也可以展开,但它的Symbol.isConcatSpreadable属性默认为false,必须手动打开。

let obj = {length: 2, 0: 'c', 1: 'd'};
['a', 'b'].concat(obj, 'e') // ['a', 'b', obj, 'e']

obj[Symbol.isConcatSpreadable] = true;
['a', 'b'].concat(obj, 'e') // ['a', 'b', 'c', 'd', 'e']

对于一个类来说,Symbol.isConcatSpreadable属性必须写成实例的属性。

class A1 extends Array {
  constructor(args) {
    super(args);
    this[Symbol.isConcatSpreadable] = true;
  }
}
class A2 extends Array {
  constructor(args) {
    super(args);
    this[Symbol.isConcatSpreadable] = 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。

Symbol.species

对象的Symbol.species属性,指向一个方法。该对象作为构造函数创造实例时,会调用这个方法。即如果this.constructor[Symbol.species]存在,就会使用这个属性作为构造函数,来创造新的实例对象。

Symbol.species属性默认的读取器如下。

static get [Symbol.species]() {
  return this;
}

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[Symbol.match](this)

class MyMatcher {
  [Symbol.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[Symbol.replace](this, replaceValue)

下面是一个例子。

const x = {};
x[Symbol.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[Symbol.search](this)

class MySearch {
  constructor(value) {
    this.value = value;
  }
  [Symbol.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[Symbol.split](this, limit)

Symbol.iterator

对象的Symbol.iterator属性,指向该对象的默认遍历器方法。

var myIterable = {};
myIterable[Symbol.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 {
  *[Symbol.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 = {
  [Symbol.toPrimitive](hint) {
    switch (hint) {
      case 'number':
        return 123;
      case 'string':
        return 'str';
      case 'default':
        return 'default';
      default:
        throw new Error();
     }
   }
};

2 * obj // 246
3 + obj // '3default'
obj == 'default' // true
String(obj) // 'str'

Symbol.toStringTag

对象的Symbol.toStringTag属性,指向一个方法。在该对象上面调用Object.prototype.toString方法时,如果这个属性存在,它的返回值会出现在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][object Array]object后面的那个字符串。

// 例一
({[Symbol.toStringTag]: 'Foo'}.toString())
// "[object Foo]"

// 例二
class Collection {
  get [Symbol.toStringTag]() {
    return 'xxx';
  }
}
var 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[Symbol.unscopables]
// {
//   copyWithin: true,
//   entries: true,
//   fill: true,
//   find: true,
//   findIndex: true,
//   keys: true
// }

Object.keys(Array.prototype[Symbol.unscopables])
// ['copyWithin', 'entries', 'fill', 'find', 'findIndex', 'keys']

上面代码说明,数组有6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 [Symbol.unscopables]() {
    return { foo: true };
  }
}

var foo = function () { return 2; };

with (MyClass.prototype) {
  foo(); // 2
}

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