比较三种非破坏性处理数组的方法

Posted on by hackdl

在这篇文章中，我们将会探索处理数组的三种方法：

  • for…of循环
  • 数组方法.reduce()
  • 数组方法.flatMap()

目的是帮助你在需要处理数组的时候在这些特性之间做出选择。如果你还不知道.reduce()和.flatMap()，这里将向你解释它们。

为了更好地感受这三个特性是如何工作的，我们分别使用它们来实现以下功能：

  • 过滤一个输入数组以产生一个输出数组
  • 将每个输入数组元素映射为一个输出数组元素
  • 将每个输入数组元素扩展为零个或多个输出数组元素
  • 过滤-映射（过滤和映射在一个步骤中）
  • 计算一个数组的摘要
  • 查找一个数组元素
  • 检查所有数组元素的条件

我们所做的一切都是非破坏性的：输入的数组永远不会被改变。如果输出是一个数组，它永远是新建的。

for-of循环

下面是数组如何通过for-of进行非破坏性的转换：

  • 首先声明变量result，并用一个空数组初始化它。

  • 对于输入数组的每个元素elem：

    • 如果一个值应该被添加到result中：

      • 对elem进行必要的转换并将其推入result。

使用for-of过滤

让我们来感受一下通过for-of处理数组，并实现（简易版的）数组方法.filter()：

function filterArray(arr, callback) {
  const result = [];
  for (const elem of arr) {
    if (callback(elem)) {
      result.push(elem);
    }
  }
  return result;
}

assert.deepEqual(
  filterArray(['', 'a', '', 'b'], str => str.length > 0),
  ['a', 'b']
);

使用for-of映射

我们也可以使用for-of来实现数组方法.map()。

function mapArray(arr, callback) {
  const result = [];
  for (const elem of arr) {
    result.push(callback(elem));
  }
  return result;
}

assert.deepEqual(
  mapArray(['a', 'b', 'c'], str => str + str),
  ['aa', 'bb', 'cc']
);

使用for-of扩展

collectFruits()返回数组中所有人的所有水果：

function collectFruits(persons) {
  const result = [];
  for (const person of persons) {
    result.push(...person.fruits);
  }
  return result;
}

const PERSONS = [
  {
    name: 'Jane',
    fruits: ['strawberry', 'raspberry'],
  },
  {
    name: 'John',
    fruits: ['apple', 'banana', 'orange'],
  },
  {
    name: 'Rex',
    fruits: ['melon'],
  },
];
assert.deepEqual(
  collectFruits(PERSONS),
  ['strawberry', 'raspberry', 'apple', 'banana', 'orange', 'melon']
);

使用for-of过滤&映射

下列代码在一步中进行过滤以及映射：

/**
 * What are the titles of movies whose rating is at least `minRating`?
 */
function getTitles(movies, minRating) {
  const result = [];
  for (const movie of movies) {
    if (movie.rating >= minRating) { // (A)
      result.push(movie.title); // (B)
    }
  }
  return result;
}

const MOVIES = [
  { title: 'Inception', rating: 8.8 },
  { title: 'Arrival', rating: 7.9 },
  { title: 'Groundhog Day', rating: 8.1 },
  { title: 'Back to the Future', rating: 8.5 },
  { title: 'Being John Malkovich', rating: 7.8 },
];

assert.deepEqual(
  getTitles(MOVIES, 8),
  ['Inception', 'Groundhog Day', 'Back to the Future']
);
  • 过滤是通过A行的if语句和B行的.push()方法完成的。
  • 映射是通过推送movie.title（而不是元素movie）完成的。

使用for-of计算摘要

getAverageGrade()计算了学生数组的平均等级：

function getAverageGrade(students) {
  let sumOfGrades = 0;
  for (const student of students) {
    sumOfGrades += student.grade;
  }
  return sumOfGrades / students.length;
}

const STUDENTS = [
  {
    id: 'qk4k4yif4a',
    grade: 4.0,
  },
  {
    id: 'r6vczv0ds3',
    grade: 0.25,
  },
  {
    id: '9s53dn6pbk',
    grade: 1,
  },
];
assert.equal(
  getAverageGrade(STUDENTS),
  1.75
);

注意事项：用小数点后的分数计算可能会导致四舍五入的错误。

使用for-of查找

for-of也擅长在未排序的数组中查找元素：

function findInArray(arr, callback) {
  for (const [index, value] of arr.entries()) {
    if (callback(value)) {
      return {index, value}; // (A)
    }
  }
  return undefined;
}

assert.deepEqual(
  findInArray(['', 'a', '', 'b'], str => str.length > 0),
  {index: 1, value: 'a'}
);
assert.deepEqual(
  findInArray(['', 'a', '', 'b'], str => str.length > 1),
  undefined
);

这里，一旦我们找到了什么，我们就可以通过return来提前离开循环（A行）。

使用for-of检查条件

当实现数组方法.every()时，我们再次从提前终止循环中获益（A行）：

function everyArrayElement(arr, condition) {
  for (const elem of arr) {
    if (!condition(elem)) {
      return false; // (A)
    }
  }
  return true;
}

assert.equal(
  everyArrayElement(['a', '', 'b'], str => str.length > 0),
  false
);
assert.equal(
  everyArrayElement(['a', 'b'], str => str.length > 0),
  true
);

何时使用

在处理数组时，for-of是一个非常常用的工具：

  • 通过推送创建输出数组很容易理解。
  • 当结果不是数组时，我们可以通过return或break来提前结束循环，这通常很有用。

for-of的其他好处包括：

  • 它可以与同步迭代一起工作。而且我们可以通过切换到for-await-of循环来支持异步迭代。
  • 我们可以在允许使用await和yield操作的函数中使用它们。

for-of的缺点是，它可能比其他方法更冗长。这取决于我们试图解决什么问题。

生成器和for-of

上一节已经提到了yield，但我还想指出，生成器对于处理和生产同步和异步迭代来说是多么的方便。

举例来说，下面通过同步生成器来实现.filter()和.map()：

function* filterIterable(iterable, callback) {
  for (const item of iterable) {
    if (callback(item)) {
      yield item;
    }
  }
}
const iterable1 = filterIterable(
  ['', 'a', '', 'b'],
  str => str.length > 0
);
assert.deepEqual(
  Array.from(iterable1),
  ['a', 'b']
);

function* mapIterable(iterable, callback) {
  for (const item of iterable) {
    yield callback(item);
  }
}
const iterable2 = mapIterable(['a', 'b', 'c'], str => str + str);
assert.deepEqual(
  Array.from(iterable2),
  ['aa', 'bb', 'cc']
);

数组方法.reduce()

数组方法.reduce()让我们计算数组的摘要。它是基于以下算法的：

  • [初始化摘要] 我们用一个适用于空数组的值初始化摘要。

  • 我们在数组上循环。每个数组元素：

    • [更新摘要] 我们通过将旧的摘要与当前元素结合起来计算一个新的摘要。

在我们了解.reduce()之前，让我们通过for-of来实现它的算法。我们将用串联一个字符串数组作为一个例子：

function concatElements(arr) {
  let summary = ''; // initializing
  for (const element of arr) {
    summary = summary + element; // updating
  }
  return summary;
}
assert.equal(
  concatElements(['a', 'b', 'c']),
  'abc'
);

数组方法.reduce()循环数组，并持续为我们跟踪数组的摘要，因此可以聚焦于初始化和更新值。它使用”累加器”这一名称作为”摘要”的粗略同义词。.reduce()有两个参数：

  1. 回调：

    1. 输入：旧的累加器和当前元素
    2. 输出：新的累加器

  2. 累加器的初始值。

在下面代码中，我们使用.reduce()来实现concatElements():

const concatElements = (arr) => arr.reduce(
  (accumulator, element) => accumulator + element, // updating
  '' // initializing
);

使用.reduce()过滤

.reduce()是相当通用的。让我们用它来实现过滤：

const filterArray = (arr, callback) => arr.reduce(
  (acc, elem) => callback(elem) ? [...acc, elem] : acc,
  []
);
assert.deepEqual(
  filterArray(['', 'a', '', 'b'], str => str.length > 0),
  ['a', 'b']
);

不过，当涉及到以非破坏性的方式向数组添加元素时，JavaScript 数组的效率并不高（与许多函数式编程语言中的链接列表相比）。因此，突变累加器的效率更高：

const filterArray = (arr, callback) => arr.reduce(
  (acc, elem) => {
    if (callback(elem)) {
      acc.push(elem);
    }
    return acc;
  },
  []
);

使用.reduce()映射

我们可以通过.reduce()来实现map：

const mapArray = (arr, callback) => arr.reduce(
  (acc, elem) => [...acc, callback(elem)],
  []
);
assert.deepEqual(
  mapArray(['a', 'b', 'c'], str => str + str),
  ['aa', 'bb', 'cc']
);

下面是效率更高的突变版本：

const mapArray = (arr, callback) => arr.reduce(
  (acc, elem) => {
    acc.push(callback(elem));
    return acc;
  },
  []
);

使用.reduce()扩展

使用.reduce()进行扩展：

const collectFruits = (persons) => persons.reduce(
  (acc, person) => [...acc, ...person.fruits],
  []
);

const PERSONS = [
  {
    name: 'Jane',
    fruits: ['strawberry', 'raspberry'],
  },
  {
    name: 'John',
    fruits: ['apple', 'banana', 'orange'],
  },
  {
    name: 'Rex',
    fruits: ['melon'],
  },
];
assert.deepEqual(
  collectFruits(PERSONS),
  ['strawberry', 'raspberry', 'apple', 'banana', 'orange', 'melon']
);

突变版本：

const collectFruits = (persons) => persons.reduce(
  (acc, person) => {
    acc.push(...person.fruits);
    return acc;
  },
  []
);

使用.reduce()过滤&映射

使用.reduce()在一步中进行过滤和映射：

const getTitles = (movies, minRating) => movies.reduce(
  (acc, movie) => (movie.rating >= minRating)
    ? [...acc, movie.title]
    : acc,
  []
);

const MOVIES = [
  { title: 'Inception', rating: 8.8 },
  { title: 'Arrival', rating: 7.9 },
  { title: 'Groundhog Day', rating: 8.1 },
  { title: 'Back to the Future', rating: 8.5 },
  { title: 'Being John Malkovich', rating: 7.8 },
];
assert.deepEqual(
  getTitles(MOVIES, 8),
  ['Inception', 'Groundhog Day', 'Back to the Future']
);

效率更高的突变版本：

const getTitles = (movies, minRating) => movies.reduce(
  (acc, movie) => {
    if (movie.rating >= minRating) {
      acc.push(movie.title);
    }
    return acc;
  },
  []
);

使用.reduce()计算摘要

如果我们能在不改变累加器的情况下有效地计算出一个摘要，那么.reduce()就很出色：

const getAverageGrade = (students) => {
  const sumOfGrades = students.reduce(
    (acc, student) => acc + student.grade,
    0
  );
  return sumOfGrades  / students.length;
};

const STUDENTS = [
  {
    id: 'qk4k4yif4a',
    grade: 4.0,
  },
  {
    id: 'r6vczv0ds3',
    grade: 0.25,
  },
  {
    id: '9s53dn6pbk',
    grade: 1,
  },
];
assert.equal(
  getAverageGrade(STUDENTS),
  1.75
);

使用.reduce()查找

下面是使用.reduce()实现的简易版的数组方法.find()：

const findInArray = (arr, callback) => arr.reduce(
  (acc, value, index) => (acc === undefined && callback(value))
    ? {index, value}
    : acc,
  undefined
);

assert.deepEqual(
  findInArray(['', 'a', '', 'b'], str => str.length > 0),
  {index: 1, value: 'a'}
);
assert.deepEqual(
  findInArray(['', 'a', '', 'b'], str => str.length > 1),
  undefined
);

这里.reduce()有一个限制：一旦我们找到一个值，我们仍然要访问其余的元素，因为我们不能提前退出。不过for-of没有这个限制。

使用.reduce()检查条件

下面是使用.reduce()实现的简易版的数组方法.every()：

const everyArrayElement = (arr, condition) => arr.reduce(
  (acc, elem) => !acc ? acc : condition(elem),
  true
);

assert.equal(
  everyArrayElement(['a', '', 'b'], str => str.length > 0),
  false
);
assert.equal(
  everyArrayElement(['a', 'b'], str => str.length > 0),
  true
);

同样的，如果我们能提前从.reduce()中退出，这个实现会更有效率。

何时使用

.reduce()的一个优点是简洁。缺点是它可能难以理解–特别是如果你不习惯于函数式编程的话。

以下情况我会使用.reduce()：

  • 我不需要对累加器进行变异。

  • 我不需要提前退出。

  • 我不需要对同步或异步迭代器的支持。

    • 然而，为迭代器实现reduce是相对容易的。

只要能在不突变的情况下计算出一个摘要（比如所有元素的总和），.reduce()就是一个好工具。

不过，JavaScript并不擅长以非破坏性的方式增量创建数组。这就是为什么我在JavaScript中较少使用.reduce()，而在那些有内置不可变列表的语言中则较少使用相应的操作。

数组方法.flatMap()

普通的.map()方法将每个输入元素精确地翻译成一个输出元素。

相比之下，.flatMap()可以将每个输入元素翻译成零个或多个输出元素。为了达到这个目的，回调并不返回值，而是返回值的数组。它等价于在调用 map()方法后再调用深度为 1 的 flat() 方法（arr.map(...args).flat()），但比分别调用这两个方法稍微更高效一些。

assert.equal(
  [0, 1, 2, 3].flatMap(num => new Array(num).fill(String(num))),
  ['1', '2', '2', '3', '3', '3']
);

使用.flatMap()过滤

下面展示如何使用.flatMap()进行过滤：

const filterArray = (arr, callback) => arr.flatMap(
  elem => callback(elem) ? [elem] : []
);

assert.deepEqual(
  filterArray(['', 'a', '', 'b'], str => str.length > 0),
  ['a', 'b']
);

使用.flatMap()映射

下面展示如何使用.flatMap()进行映射：

const mapArray = (arr, callback) => arr.flatMap(
  elem => [callback(elem)]
);

assert.deepEqual(
  mapArray(['a', 'b', 'c'], str => str + str),
  ['aa', 'bb', 'cc']
);

使用.flatMap()过滤&映射

一步到位的过滤和映射是.flatMap()的优势之一：

const getTitles = (movies, minRating) => movies.flatMap(
  (movie) => (movie.rating >= minRating) ? [movie.title] : []
);

const MOVIES = [
  { title: 'Inception', rating: 8.8 },
  { title: 'Arrival', rating: 7.9 },
  { title: 'Groundhog Day', rating: 8.1 },
  { title: 'Back to the Future', rating: 8.5 },
  { title: 'Being John Malkovich', rating: 7.8 },
];

assert.deepEqual(
  getTitles(MOVIES, 8),
  ['Inception', 'Groundhog Day', 'Back to the Future']
);

使用.flatMap()扩展

将输入元素扩展为零或更多的输出元素是.flatMap()的另一个优势：

const collectFruits = (persons) => persons.flatMap(
  person => person.fruits
);

const PERSONS = [
  {
    name: 'Jane',
    fruits: ['strawberry', 'raspberry'],
  },
  {
    name: 'John',
    fruits: ['apple', 'banana', 'orange'],
  },
  {
    name: 'Rex',
    fruits: ['melon'],
  },
];
assert.deepEqual(
  collectFruits(PERSONS),
  ['strawberry', 'raspberry', 'apple', 'banana', 'orange', 'melon']
);

.flatMap()只能产生数组

使用.flatMap()，我们只能产生数组。这使得我们无法：

  • 用.flatMap()计算摘要
  • 用.flatMap()查找
  • 用.flatMap()检查条件

我们可以产生一个被数组包裹的值。然而，我们不能在回调的调用之间传递数据。而且我们不能提前退出。

何时使用

.flatMap()擅长：

  • 同时进行过滤和映射
  • 将输入元素扩展为零或多个输出元素

我还发现它相对容易理解。然而，它不像for-of和.reduce()那样用途广泛：

  • 它只能产生数组作为结果。
  • 我们不能在回调的调用之间传递数据。
  • 我们不能提前退出。

建议

那么，我们如何最佳地使用这些工具来处理数组呢？我大致的建议是：

  • 使用你所拥有的最具体的工具来完成这个任务：

    • 你需要过滤吗？请使用.filter()。
    • 你需要映射吗？请使用.map()。
    • 你需要检查元素的条件吗？使用.some()或.every()。
    • 等等。

  • for-of是最通用的工具。根据我的经验：

    • 熟悉函数式编程的人，倾向于使用.reduce()和.flatMap()。
    • 不熟悉函数式编程的人通常认为for-of更容易理解。然而，for-of通常会导致更多冗长的代码。

  • 如果不需要改变累加器，.reduce()擅长计算摘要（如所有元素的总和）。

  • .flatMap()擅长于过滤&映射和将输入元素扩展为零或更多的输出元素。

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