避免使用 forEach | EFE Tech

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原文:http://aeflash.com/2014-11/avoid-foreach.html

遍历集合,会产生副作用。——如 mori.each 文档所说

首先声明,本文和性能无关。执行 for 循环总是比执行 Array.forEach 快。如果性能测试显示迭代的开销足够显著并且性能优先,那么你绝对应该使用 for 循环而不是 forEach(总是使用 for 循环是典型的过早优化。forEach 仍然可以在 1 微秒内遍历长度为 50 的数组)。本文和编码风格有关,是我对 forEach 和其它 Array.prototype 方法的思考,与性能无关。

forEach 为副作用而生

当人们想要把代码重构成一个更加实用的风格时,往往首选 [].forEach 或 _.eachforEach 直接模拟最基本的 for 循环——遍历数组并且执行一些操作——所以它是一个很机械的转换。但是就像 for 循环一样,forEach 在程序的某个地方必定会产生副作用。它必须修改父作用域中的对象,或者调用一个外部方法,或者使用迭代函数以外的其它变量。使用 forEach 也意味着你的迭代函数和它所在的作用域产生了耦合。

在编程中,我们通常认为副作用是不好的。他们使程序更难理解,可能导致 bug 的产生,而且难以重构。当然,forEach 在大项目中引起的副作用是微不足道的,但是这些副作用是不必要的。

当然也有一些副作用是无法避免的。

arr.forEach(function (item) {
    console.log(item);
});

这种情况完全可以接受。

forEach 隐藏了迭代的意图

阅读 forEach 代码段的时候,你并不能马上知道它的作用,只知道它会在某个地方产生副作用,然后必须阅读这段代码或者注释才明白。这是一个非语义的方法。

除了 forEach,还有更好的迭代方法。比如 map——在使用迭代函数以后会返回一个新数组;比如 filter——返回由符合条件的元素组成的新数组;比如 some(或者 _.any)——如果数组中至少有一个元素满足要求时返回 true;比如 every(或者_.all)——如果数组中所有元素满足要求时返回 true;比如 reduce——遍历数组并且使用数组中的所有元素进行某种操作迭代生成一个新的变量,数组中的很多方法都可以用 reduce 来实现。ES5 的数组方法非常强大,希望你对此并不陌生。Lodash/Underscore 库增强了 ES5 的方法,增加了很多有用且语义化的迭代函数(此外还提供了可用于对象的数组原型方法的更优实现)。

重构

下面是一些实际项目中使用 each 的例子,看看如何更好地重构它们。

例 1

var obj = {};

arr.forEach(function (item) {
    obj[item.key] = item;
});

这是一个很常见的操作——将数组转换为对象。由于迭代函数依赖 obj,所以 forEach 跟它所在的作用域耦合在一起。迭代函数不能在它的闭包作用域之外执行。我们换个方式来重写它:

var obj = arr.reduce(function (newObj, item) {
    newObj[item.key] = item;
    return newObj;
}, {});

现在归并函数只依赖于它的形参,没有别的。reduce 无副作用——遍历集合,并且只产出一个东西。它是 ES5 方法中最不语义的方法,但它很灵活,可以用来实现所有其余的函数。

Lodash 还有更语义化的写法:

var obj  = _.zipObject(_.pluck(arr, 'key'), arr);

这里需要遍历2次,但是看起来更直观。

译者注:实际上有更好的方法

var obj = _.indexBy(arr, 'key');

例 2

var replacement = 'foo';
var replacedUrls = urls;

urls.forEach(function replaceToken(url, index) {
    replacedUrls[index] = url.replace('{token}', replacement);
});

用 map 重构:

var replacement = 'foo';
var replacedUrls;

replacedUrls = urls.map(function (url) {
    return url.replace('{token}', replacement);
});

map 函数仍然依赖于 replacement 的作用域,但是迭代的意图更加清晰。前一种方法改变了 urls 数组,而 map 函数则分配了一个新的数组。需要注意的是,它对 urls 的修改不易被察觉,其它地方可能仍然期望 urls 中会含有 {token}。采用分配新数组的方法可以防止这个小细节引发的问题,代价就是需要多一点内存开销。

例 3

var html = '';
var self = this;

_.each(this.values, function (value) {
    var id = 'radio_button_' + self.groupName + '_' + value.id;

    html += ''
        + '<li>'
        +   '<input type="radio" name="' + self.groupName + '" id="' + id + '" value="' + value.id + '">'
        +   '<label for="' + id + '">' + value.description + '</label>'
        + '</li>';

    if (!touchEnabled) {
        var tooltip = value.getTooltip();
        if (tooltip) {
            self.tooltips.push(tooltip);
        }
    }
});

这个例子稍微复杂一点。这段代码实际上做了两件事:拼接 HTML 字符串,为每一个 value 创建 tooltips。其实迭代函数没必要这么复杂——或者如 Rich Hickey 所说的 「complected」。它将两种操作放在一个函数里,而实际上没有必要。第一部分操作是典型的reduce 函数的应用范围,所以我们把这两部分操作分开:

var html;
var self = this;

html = _.reduce(this.values, function (str, value) {
    var id = 'radio_button_' + self.groupName + '_' + value.id;

    str += ''
        + '<li>'
        +   '<input type="radio" name="' + self.groupName + '" id="' + id + '" value="' + value.id + '">'
        +   '<label for="' + id + '">' + value.description + '</label>'
        + '</li>';

    return str;
}, '');

_.each(this.values, function (value) {

    if (!touchEnabled) {
        var tooltip = value.getTooltip();
        if (tooltip) {
            self.tooltips.push(tooltip);
        }
    }
});

现在第一部分就可以接受了。在 values 上迭代,最后生成 HTML 字符串。它仍然依赖于 self.groupName,不过可以通过偏函数(partial application)来避免。

译者注:Underscore 中提供了偏函数 _.partial 可以帮助我们解决这个问题,相应的代码如下:

var part = _.partial(function (groupName, str, value) {
  // ....
}, self.groupName);

_.reduce(this.values, part, '');

现在来看一下第二部分。如果 touchEnabled 为假,可以得到 tooltip。这时不确定会不会返回一个有效的 tooltip,因此将每个实例对应的 tooltip 放进数组中的操作是带条件的。我们可以把多个方法串联起来解决这个问题:

if (!touchEnabled) {
    this.tooltips = this.tooltips.concat(
        this.values
            .map(function (value) {
                return value.getTooltip();
            })
            .filter(_.identity)
    );
}

我们将 touch 检查移到循环的外面,因为只需要检查一次就够了。然后对集合使用 map 方法,在每次迭代中调用 getTooltip(),然后过滤掉不符合条件的值。最后结果合并到 tooltips 数组。这种方法每次都会创建临时数组,但是正如我在其它例子中所说的,表达清晰更重要。

你可以定义一个辅助函数把上面的内联函数去掉:

var dot = _.curry(function (methodName, object) {
    return object[methodName]();
});

// ...
this.tooltips = this.tooltips.concat(
    this.values
        .map(dot('getTooltip'))
        .filter(_.identity)
);

这样更简洁直观。

译者注:这里其实可以直接用 _.invoke 函数和 _.union 函数,更加简洁。

this.tooltips = _.union(this.tooltips, _.filter(_.invoke(this.values, 'getTooltip'), _.identity));

例 4

var matches = [];
var nonMatches = [];

values.forEach(function(value) {
    if (matchesSomething(value)) {
        matches.push(value);
    }
    else {
        nonMatches.push(value);
    }
});

这个例子看起来很简单——基于判断条件将数组拆分成两个。但还不够简单。我会这样重写:

var matches = values.filter(matchesSomething);
var nonMatches = values.filter(not(matchesSomething));

迭代函数实际上在做两件事,拆分成两个迭代函数更加清晰。如果确实有成千上万的值,或者 matchesSomething 操作非常耗时,我会保留第一种方案。

译者注:这段代码其实可以用 reduce 加以改进:

var result = values.reduce(function (result, value) {
    if (matchesSomething(value)) {
        result.matches.push(value);
    }
    else {
        result.nonMatches.push(value);
    }
}, {matches: [], nonMatches: []});

重构时你会发现多了些东西,如果这些东西使程序更简单,那就没问题。多个简单的东西组合起来会比一个大而复杂的东西更容易理解。

转换器

让我们再看一下例 3 的最终代码:

this.tooltips = this.tooltips.concat(
    this.values
        .map(dot('getTooltip'))
        .filter(_.identity)
);

map 和 filter 的串联操作意味着临时数组的创建和删除。对于元素较少的数组来说是可以接受的,额外的开销可以忽略不计。但是如果这个数组包含了数千个元素,或者要做很多次的映射和过滤操作呢?这时单一的迭代函数又变得诱人了。

幸运的是,随着 Transducers(其实是 transform 和 reducer 的合成词,transform 是变换,reducer 就是 JS 中的 reducer)的出现,你可以任性地将很多 map 和 filter 函数放在一个迭代中。也就是说,先在第一个元素上应用所有变换(map 和 filter 或者其它),然后依次处理其它元素。本文中不会深入研究 Transducers 的原理(这里有关于它的介绍),不过经过 Transducers 改造以后会是这样:

var t = require('transducers-js');

var tooltips = t.transduce(
    t.comp( // 变换函数
        t.map(dot('getTooltip')),
        t.filter(_.identity),
        // 想加多少map和filter就加多少
        t.map(someFunction),
        t.filter(somePredicate)
    ),
    concat, // reducer
    [], // 初始值
    values // 输入
);

它看上去有点不一样,和 reduce 类似,但是它只涉及到一个迭代器,而且只分配了一个唯一的数组。你想加入多少 map 和filter,就加入多少,它只会迭代一次。通过使用其它函数替换 concat,你也可以让它返回任何类型的结果。如果你想了解更多,那就深入地研究一下 Transducers 吧。

译者注:有了 ES6 的 Generator,这事就是原生支持的了。

总结

 

  • forEach 总会产生副作用。如果你想避免产生副作用,那就不要使用它了。

  • forEach 隐藏了迭代的意图。推荐使用更加语义化的迭代方法,例如 mapfilter 和 some

  • 如果每次迭代包含了太多操作,将它们拆分到不同的函数中。

  • 通过多个方法的串联调用,将不同的数据转换隔离开来。如果性能不可接受,那就使用 Transducers 重构它。

  • 改造后的程序最终会多了操作,但是如果你处理得当,那么每一步都会更容易理解。

  • 如果你确实需要循环产生的副作用,完全可以用 forEach

  • 最后,如果性能测试表明更加语义化的迭代函数是性能瓶颈或者被频繁执行, 那就用 for 循环好了。

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