代码笔记

# Symbol

阮一峰

# 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"
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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。

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

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

s1.toString() // "Symbol(foo)"
s2.toString() // "Symbol(bar)"
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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 = Symbol(obj);
sym // Symbol(abc)
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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 = Symbol();
let s2 = Symbol();

s1 === s2 // false

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

s1 === s2 // false
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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。

Symbol 值不能与其他类型的值进行运算，会报错。

let 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
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但是，Symbol 值可以显式转为字符串。

let sym = Symbol('My symbol');

String(sym) // 'Symbol(My symbol)'
sym.toString() // 'Symbol(My symbol)'
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另外，Symbol 值也可以转为布尔值，但是不能转为数值。

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

if (sym) {
  // ...
}

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

let mySymbol = Symbol();

// 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!"
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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。

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

a.mySymbol = 'Hello!';
a[mySymbol] // undefined
a['mySymbol'] // "Hello!"
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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);
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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) { ... }
};
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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');
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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');
    }
}
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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
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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 });
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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()
};
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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...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。

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。

const obj = {};
let a = Symbol('a');
let b = Symbol('b');

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

const objectSymbols = Object.getOwnPropertySymbols(obj);

objectSymbols
// [Symbol(a), Symbol(b)]
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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 = {};

let foo = Symbol("foo");

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

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

Object.getOwnPropertyNames(obj)
// []

Object.getOwnPropertySymbols(obj)
// [Symbol(foo)]
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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)
//  ["enum", "nonEnum", Symbol(my_key)]
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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。

let size = Symbol('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) // 0

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

Object.keys(x) // ['0']
Object.getOwnPropertyNames(x) // ['0']
Object.getOwnPropertySymbols(x) // [Symbol(size)]
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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，否则就新建并返回一个以该字符串为名称的 Symbol 值。

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

s1 === s2 // true
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上面代码中，s1和s2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() 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。

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

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

let s2 = Symbol("foo");
Symbol.keyFor(s2) // undefined
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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
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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;
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然后，加载上面的mod.js。

const a = require('./mod.js');
console.log(a.foo);
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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。

const a = require('./mod.js');
global._foo = 123;
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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];
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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。

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

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