# 字符串的扩展

网道（WangDoc.com），互联网文档计划

本章介绍 ES6 对字符串的改造和增强，下一章介绍字符串对象的新增方法。

## 字符的 Unicode 表示法 #

ES6 加强了对 Unicode 的支持，允许采用`\uxxxx`形式表示一个字符，其中`xxxx`表示字符的 Unicode 码点。

    "\u0061"
    // "a"

但是，这种表示法只限于码点在`\u0000`~`\uFFFF`之间的字符。超出这个范围的字符，必须用两个双字节的形式表示。

    "\uD842\uDFB7"
    // "𠮷"

    "\u20BB7"
    // " 7"

上面代码表示，如果直接在`\u`后面跟上超过`0xFFFF`的数值（比如`\u20BB7`），JavaScript 会理解成`\u20BB+7`。由于`\u20BB`是一个不可打印字符，所以只会显示一个空格，后面跟着一个`7`。

ES6 对这一点做出了改进，只要将码点放入大括号，就能正确解读该字符。

    "\u{20BB7}"
    // "𠮷"

    "\u{41}\u{42}\u{43}"
    // "ABC"

    let hello = 123;
    hell\u{6F} // 123

    '\u{1F680}' === '\uD83D\uDE80'
    // true

上面代码中，最后一个例子表明，大括号表示法与四字节的 UTF-16 编码是等价的。

有了这种表示法之后，JavaScript 共有 6 种方法可以表示一个字符。

    '\z' === 'z'  // true
    '\172' === 'z' // true
    '\x7A' === 'z' // true
    '\u007A' === 'z' // true
    '\u{7A}' === 'z' // true

## 字符串的遍历器接口 #

ES6 为字符串添加了遍历器接口（详见《Iterator》一章），使得字符串可以被`for...of`循环遍历。

    for (let codePoint of 'foo') {
      console.log(codePoint)
    }
    // "f"
    // "o"
    // "o"

除了遍历字符串，这个遍历器最大的优点是可以识别大于`0xFFFF`的码点，传统的`for`循环无法识别这样的码点。

    let text = String.fromCodePoint(0x20BB7);

    for (let i = 0; i < text.length; i++) {
      console.log(text[i]);
    }
    // " "
    // " "

    for (let i of text) {
      console.log(i);
    }
    // "𠮷"

上面代码中，字符串`text`只有一个字符，但是`for`循环会认为它包含两个字符（都不可打印），而`for...of`循环会正确识别出这一个字符。

## 直接输入 U+2028 和 U+2029 #

JavaScript 字符串允许直接输入字符，以及输入字符的转义形式。举例来说，“中”的 Unicode 码点是 U+4e2d，你可以直接在字符串里面输入这个汉字，也可以输入它的转义形式`\u4e2d`，两者是等价的。

    '中' === '\u4e2d' // true

但是，JavaScript 规定有5个字符，不能在字符串里面直接使用，只能使用转义形式。

- U+005C：反斜杠（reverse solidus)
- U+000D：回车（carriage return）
- U+2028：行分隔符（line separator）
- U+2029：段分隔符（paragraph separator）
- U+000A：换行符（line feed）

举例来说，字符串里面不能直接包含反斜杠，一定要转义写成`\\`或者`\u005c`。

这个规定本身没有问题，麻烦在于 JSON 格式允许字符串里面直接使用 U+2028（行分隔符）和 U+2029（段分隔符）。这样一来，服务器输出的 JSON 被`JSON.parse`解析，就有可能直接报错。

    const json = '"\u2028"';
    JSON.parse(json); // 可能报错

JSON 格式已经冻结（RFC 7159），没法修改了。为了消除这个报错，ES2019 允许 JavaScript 字符串直接输入 U+2028（行分隔符）和 U+2029（段分隔符）。

    const PS = eval("'\u2029'");

根据这个提案，上面的代码不会报错。

注意，模板字符串现在就允许直接输入这两个字符。另外，正则表达式依然不允许直接输入这两个字符，这是没有问题的，因为 JSON 本来就不允许直接包含正则表达式。

## JSON.stringify() 的改造 #

根据标准，JSON 数据必须是 UTF-8 编码。但是，现在的`JSON.stringify()`方法有可能返回不符合 UTF-8 标准的字符串。

具体来说，UTF-8 标准规定，`0xD800`到`0xDFFF`之间的码点，不能单独使用，必须配对使用。比如，`\uD834\uDF06`是两个码点，但是必须放在一起配对使用，代表字符`𝌆`。这是为了表示码点大于`0xFFFF`的字符的一种变通方法。单独使用`\uD834`和`\uDF06`这两个码点是不合法的，或者颠倒顺序也不行，因为`\uDF06\uD834`并没有对应的字符。

`JSON.stringify()`的问题在于，它可能返回`0xD800`到`0xDFFF`之间的单个码点。

    JSON.stringify('\u{D834}') // "\u{D834}"

为了确保返回的是合法的 UTF-8 字符，ES2019 改变了`JSON.stringify()`的行为。如果遇到`0xD800`到`0xDFFF`之间的单个码点，或者不存在的配对形式，它会返回转义字符串，留给应用自己决定下一步的处理。

    JSON.stringify('\u{D834}') // ""\\uD834""
    JSON.stringify('\uDF06\uD834') // ""\\udf06\\ud834""

## 模板字符串 #

传统的 JavaScript 语言，输出模板通常是这样写的（下面使用了 jQuery 的方法）。

    $('#result').append(
      'There are <b>' + basket.count + '</b> ' +
      'items in your basket, ' +
      '<em>' + basket.onSale +
      '</em> are on sale!'
    );

上面这种写法相当繁琐不方便，ES6 引入了模板字符串解决这个问题。

    $('#result').append(`
      There are <b>${basket.count}</b> items
       in your basket, <em>${basket.onSale}</em>
      are on sale!
    `);

模板字符串（template string）是增强版的字符串，用反引号（`）标识。它可以当作普通字符串使用，也可以用来定义多行字符串，或者在字符串中嵌入变量。

    // 普通字符串
    `In JavaScript '\n' is a line-feed.`

    // 多行字符串
    `In JavaScript this is
     not legal.`

    console.log(`string text line 1
    string text line 2`);

    // 字符串中嵌入变量
    let name = "Bob", time = "today";
    `Hello ${name}, how are you ${time}?`

上面代码中的模板字符串，都是用反引号表示。如果在模板字符串中需要使用反引号，则前面要用反斜杠转义。

    let greeting = `\`Yo\` World!`;

如果使用模板字符串表示多行字符串，所有的空格和缩进都会被保留在输出之中。

    $('#list').html(`
    <ul>
      <li>first</li>
      <li>second</li>
    </ul>
    `);

上面代码中，所有模板字符串的空格和换行，都是被保留的，比如`<ul>`标签前面会有一个换行。如果你不想要这个换行，可以使用`trim`方法消除它。

    $('#list').html(`
    <ul>
      <li>first</li>
      <li>second</li>
    </ul>
    `.trim());

模板字符串中嵌入变量，需要将变量名写在`${}`之中。

    function authorize(user, action) {
      if (!user.hasPrivilege(action)) {
        throw new Error(
          // 传统写法为
          // 'User '
          // + user.name
          // + ' is not authorized to do '
          // + action
          // + '.'
          `User ${user.name} is not authorized to do ${action}.`);
      }
    }

大括号内部可以放入任意的 JavaScript 表达式，可以进行运算，以及引用对象属性。

    let x = 1;
    let y = 2;

    `${x} + ${y} = ${x + y}`
    // "1 + 2 = 3"

    `${x} + ${y * 2} = ${x + y * 2}`
    // "1 + 4 = 5"

    let obj = {x: 1, y: 2};
    `${obj.x + obj.y}`
    // "3"

模板字符串之中还能调用函数。

    function fn() {
      return "Hello World";
    }

    `foo ${fn()} bar`
    // foo Hello World bar

如果大括号中的值不是字符串，将按照一般的规则转为字符串。比如，大括号中是一个对象，将默认调用对象的`toString`方法。

如果模板字符串中的变量没有声明，将报错。

    // 变量place没有声明
    let msg = `Hello, ${place}`;
    // 报错

由于模板字符串的大括号内部，就是执行 JavaScript 代码，因此如果大括号内部是一个字符串，将会原样输出。

    `Hello ${'World'}`
    // "Hello World"

模板字符串甚至还能嵌套。

    const tmpl = addrs => `
      <table>
      ${addrs.map(addr => `
        <tr><td>${addr.first}</td></tr>
        <tr><td>${addr.last}</td></tr>
      `).join('')}
      </table>
    `;

上面代码中，模板字符串的变量之中，又嵌入了另一个模板字符串，使用方法如下。

    const data = [
        { first: '<Jane>', last: 'Bond' },
        { first: 'Lars', last: '<Croft>' },
    ];

    console.log(tmpl(data));
    // <table>
    //
    //   <tr><td><Jane></td></tr>
    //   <tr><td>Bond</td></tr>
    //
    //   <tr><td>Lars</td></tr>
    //   <tr><td><Croft></td></tr>
    //
    // </table>

如果需要引用模板字符串本身，在需要时执行，可以写成函数。

    let func = (name) => `Hello ${name}!`;
    func('Jack') // "Hello Jack!"

上面代码中，模板字符串写成了一个函数的返回值。执行这个函数，就相当于执行这个模板字符串了。

## 实例：模板编译 #

下面，我们来看一个通过模板字符串，生成正式模板的实例。

    let template = `
    <ul>
      <% for(let i=0; i < data.supplies.length; i++) { %>
        <li><%= data.supplies[i] %></li>
      <% } %>
    </ul>
    `;

上面代码在模板字符串之中，放置了一个常规模板。该模板使用`<%...%>`放置 JavaScript 代码，使用`<%= ... %>`输出 JavaScript 表达式。

怎么编译这个模板字符串呢？

一种思路是将其转换为 JavaScript 表达式字符串。

    echo('<ul>');
    for(let i=0; i < data.supplies.length; i++) {
      echo('<li>');
      echo(data.supplies[i]);
      echo('</li>');
    };
    echo('</ul>');

这个转换使用正则表达式就行了。

    let evalExpr = /<%=(.+?)%>/g;
    let expr = /<%([\s\S]+?)%>/g;

    template = template
      .replace(evalExpr, '`); \n  echo( $1 ); \n  echo(`')
      .replace(expr, '`); \n $1 \n  echo(`');

    template = 'echo(`' + template + '`);';

然后，将`template`封装在一个函数里面返回，就可以了。

    let script =
    `(function parse(data){
      let output = "";

      function echo(html){
        output += html;
      }

      ${ template }

      return output;
    })`;

    return script;

将上面的内容拼装成一个模板编译函数`compile`。

    function compile(template){
      const evalExpr = /<%=(.+?)%>/g;
      const expr = /<%([\s\S]+?)%>/g;

      template = template
        .replace(evalExpr, '`); \n  echo( $1 ); \n  echo(`')
        .replace(expr, '`); \n $1 \n  echo(`');

      template = 'echo(`' + template + '`);';

      let script =
      `(function parse(data){
        let output = "";

        function echo(html){
          output += html;
        }

        ${ template }

        return output;
      })`;

      return script;
    }

`compile`函数的用法如下。

    let parse = eval(compile(template));
    div.innerHTML = parse({ supplies: [ "broom", "mop", "cleaner" ] });
    //   <ul>
    //     <li>broom</li>
    //     <li>mop</li>
    //     <li>cleaner</li>
    //   </ul>

## 标签模板 #

模板字符串的功能，不仅仅是上面这些。它可以紧跟在一个函数名后面，该函数将被调用来处理这个模板字符串。这被称为“标签模板”功能（tagged template）。

    alert`hello`
    // 等同于
    alert(['hello'])

标签模板其实不是模板，而是函数调用的一种特殊形式。“标签”指的就是函数，紧跟在后面的模板字符串就是它的参数。

但是，如果模板字符里面有变量，就不是简单的调用了，而是会将模板字符串先处理成多个参数，再调用函数。

    let a = 5;
    let b = 10;

    tag`Hello ${ a + b } world ${ a * b }`;
    // 等同于
    tag(['Hello ', ' world ', ''], 15, 50);

上面代码中，模板字符串前面有一个标识名`tag`，它是一个函数。整个表达式的返回值，就是`tag`函数处理模板字符串后的返回值。

函数`tag`依次会接收到多个参数。

    function tag(stringArr, value1, value2){
      // ...
    }

    // 等同于

    function tag(stringArr, ...values){
      // ...
    }

`tag`函数的第一个参数是一个数组，该数组的成员是模板字符串中那些没有变量替换的部分，也就是说，变量替换只发生在数组的第一个成员与第二个成员之间、第二个成员与第三个成员之间，以此类推。

`tag`函数的其他参数，都是模板字符串各个变量被替换后的值。由于本例中，模板字符串含有两个变量，因此`tag`会接受到`value1`和`value2`两个参数。

`tag`函数所有参数的实际值如下。

- 第一个参数：`['Hello ', ' world ', '']`
- 第二个参数: 15
- 第三个参数：50

也就是说，`tag`函数实际上以下面的形式调用。

    tag(['Hello ', ' world ', ''], 15, 50)

我们可以按照需要编写`tag`函数的代码。下面是`tag`函数的一种写法，以及运行结果。

    let a = 5;
    let b = 10;

    function tag(s, v1, v2) {
      console.log(s[0]);
      console.log(s[1]);
      console.log(s[2]);
      console.log(v1);
      console.log(v2);

      return "OK";
    }

    tag`Hello ${ a + b } world ${ a * b}`;
    // "Hello "
    // " world "
    // ""
    // 15
    // 50
    // "OK"

下面是一个更复杂的例子。

    let total = 30;
    let msg = passthru`The total is ${total} (${total*1.05} with tax)`;

    function passthru(literals) {
      let result = '';
      let i = 0;

      while (i < literals.length) {
        result += literals[i++];
        if (i < arguments.length) {
          result += arguments[i];
        }
      }

      return result;
    }

    msg // "The total is 30 (31.5 with tax)"

上面这个例子展示了，如何将各个参数按照原来的位置拼合回去。

`passthru`函数采用 rest 参数的写法如下。

    function passthru(literals, ...values) {
      let output = "";
      let index;
      for (index = 0; index < values.length; index++) {
        output += literals[index] + values[index];
      }

      output += literals[index]
      return output;
    }

“标签模板”的一个重要应用，就是过滤 HTML 字符串，防止用户输入恶意内容。

    let message =
      SaferHTML`<p>${sender} has sent you a message.</p>`;

    function SaferHTML(templateData) {
      let s = templateData[0];
      for (let i = 1; i < arguments.length; i++) {
        let arg = String(arguments[i]);

        // Escape special characters in the substitution.
        s += arg.replace(/&/g, "&amp;")
                .replace(/</g, "&lt;")
                .replace(/>/g, "&gt;");

        // Don't escape special characters in the template.
        s += templateData[i];
      }
      return s;
    }

上面代码中，`sender`变量往往是用户提供的，经过`SaferHTML`函数处理，里面的特殊字符都会被转义。

    let sender = '<script>alert("abc")</script>'; // 恶意代码
    let message = SaferHTML`<p>${sender} has sent you a message.</p>`;

    message
    // <p>&lt;script&gt;alert("abc")&lt;/script&gt; has sent you a message.</p>

标签模板的另一个应用，就是多语言转换（国际化处理）。

    i18n`Welcome to ${siteName}, you are visitor number ${visitorNumber}!`
    // "欢迎访问xxx，您是第xxxx位访问者！"

模板字符串本身并不能取代 Mustache 之类的模板库，因为没有条件判断和循环处理功能，但是通过标签函数，你可以自己添加这些功能。

    // 下面的hashTemplate函数
    // 是一个自定义的模板处理函数
    let libraryHtml = hashTemplate`
      <ul>
        #for book in ${myBooks}
          <li><i>#{book.title}</i> by #{book.author}</li>
        #end
      </ul>
    `;

除此之外，你甚至可以使用标签模板，在 JavaScript 语言之中嵌入其他语言。

    jsx`
      <div>
        <input
          ref='input'
          onChange='${this.handleChange}'
          defaultValue='${this.state.value}' />
          ${this.state.value}
       </div>
    `

上面的代码通过`jsx`函数，将一个 DOM 字符串转为 React 对象。你可以在 GitHub 找到`jsx`函数的具体实现。

下面则是一个假想的例子，通过`java`函数，在 JavaScript 代码之中运行 Java 代码。

    java`
    class HelloWorldApp {
      public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello World!"); // Display the string.
      }
    }
    `
    HelloWorldApp.main();

模板处理函数的第一个参数（模板字符串数组），还有一个`raw`属性。

    console.log`123`
    // ["123", raw: Array[1]]

上面代码中，`console.log`接受的参数，实际上是一个数组。该数组有一个`raw`属性，保存的是转义后的原字符串。

请看下面的例子。

    tag`First line\nSecond line`

    function tag(strings) {
      console.log(strings.raw[0]);
      // strings.raw[0] 为 "First line\\nSecond line"
      // 打印输出 "First line\nSecond line"
    }

上面代码中，`tag`函数的第一个参数`strings`，有一个`raw`属性，也指向一个数组。该数组的成员与`strings`数组完全一致。比如，`strings`数组是`["First line\nSecond line"]`，那么`strings.raw`数组就是`["First line\\nSecond line"]`。两者唯一的区别，就是字符串里面的斜杠都被转义了。比如，strings.raw 数组会将`\n`视为`\\`和`n`两个字符，而不是换行符。这是为了方便取得转义之前的原始模板而设计的。

## 模板字符串的限制 #

前面提到标签模板里面，可以内嵌其他语言。但是，模板字符串默认会将字符串转义，导致无法嵌入其他语言。

举例来说，标签模板里面可以嵌入 LaTEX 语言。

    function latex(strings) {
      // ...
    }

    let document = latex`
    \newcommand{\fun}{\textbf{Fun!}}  // 正常工作
    \newcommand{\unicode}{\textbf{Unicode!}} // 报错
    \newcommand{\xerxes}{\textbf{King!}} // 报错

    Breve over the h goes \u{h}ere // 报错
    `

上面代码中，变量`document`内嵌的模板字符串，对于 LaTEX 语言来说完全是合法的，但是 JavaScript 引擎会报错。原因就在于字符串的转义。

模板字符串会将`\u00FF`和`\u{42}`当作 Unicode 字符进行转义，所以`\unicode`解析时报错；而`\x56`会被当作十六进制字符串转义，所以`\xerxes`会报错。也就是说，`\u`和`\x`在 LaTEX 里面有特殊含义，但是 JavaScript 将它们转义了。

为了解决这个问题，ES2018 放松了对标签模板里面的字符串转义的限制。如果遇到不合法的字符串转义，就返回`undefined`，而不是报错，并且从`raw`属性上面可以得到原始字符串。

    function tag(strs) {
      strs[0] === undefined
      strs.raw[0] === "\\unicode and \\u{55}";
    }
    tag`\unicode and \u{55}`

上面代码中，模板字符串原本是应该报错的，但是由于放松了对字符串转义的限制，所以不报错了，JavaScript 引擎将第一个字符设置为`undefined`，但是`raw`属性依然可以得到原始字符串，因此`tag`函数还是可以对原字符串进行处理。

注意，这种对字符串转义的放松，只在标签模板解析字符串时生效，不是标签模板的场合，依然会报错。

    let bad = `bad escape sequence: \unicode`; // 报错

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