ECMAScript 6 入门 ----Generator 函数
来源:互联网 发布:java反射机制的用途 编辑:程序博客网 时间:2024/05/18 15:57
本文转自:阮一峰老师的ECMAScript 6 入门,有时间可以看下评论!
Generator 函数
简介
基本概念
Generator函数是ES6提供的一种异步编程解决方案,语法行为与传统函数完全不同。本章详细介绍Generator函数的语法和API,它的异步编程应用请看《异步操作》一章。
Generator函数有多种理解角度。从语法上,首先可以把它理解成,Generator函数是一个状态机,封装了多个内部状态。
执行Generator函数会返回一个遍历器对象,也就是说,Generator函数除了状态机,还是一个遍历器对象生成函数。返回的遍历器对象,可以依次遍历Generator函数内部的每一个状态。
形式上,Generator函数是一个普通函数,但是有两个特征。一是,function
命令与函数名之间有一个星号;二是,函数体内部使用yield
语句,定义不同的内部状态(yield语句在英语里的意思就是“产出”)。
function* helloWorldGenerator() { yield 'hello'; yield 'world'; return 'ending';}var hw = helloWorldGenerator();
上面代码定义了一个Generator函数helloWorldGenerator
,它内部有两个yield
语句“hello”和“world”,即该函数有三个状态:hello,world和return语句(结束执行)。
然后,Generator函数的调用方法与普通函数一样,也是在函数名后面加上一对圆括号。不同的是,调用Generator函数后,该函数并不执行,返回的也不是函数运行结果,而是一个指向内部状态的指针对象,也就是上一章介绍的遍历器对象(Iterator Object)。
下一步,必须调用遍历器对象的next方法,使得指针移向下一个状态。也就是说,每次调用next
方法,内部指针就从函数头部或上一次停下来的地方开始执行,直到遇到下一个yield
语句(或return
语句)为止。换言之,Generator函数是分段执行的,yield
语句是暂停执行的标记,而next
方法可以恢复执行。
hw.next()// { value: 'hello', done: false }hw.next()// { value: 'world', done: false }hw.next()// { value: 'ending', done: true }hw.next()// { value: undefined, done: true }
上面代码一共调用了四次next
方法。
第一次调用,Generator函数开始执行,直到遇到第一个yield
语句为止。next
方法返回一个对象,它的value
属性就是当前yield
语句的值hello,done
属性的值false,表示遍历还没有结束。
第二次调用,Generator函数从上次yield
语句停下的地方,一直执行到下一个yield
语句。next
方法返回的对象的value
属性就是当前yield
语句的值world,done
属性的值false,表示遍历还没有结束。
第三次调用,Generator函数从上次yield
语句停下的地方,一直执行到return
语句(如果没有return语句,就执行到函数结束)。next
方法返回的对象的value
属性,就是紧跟在return
语句后面的表达式的值(如果没有return
语句,则value
属性的值为undefined),done
属性的值true,表示遍历已经结束。
第四次调用,此时Generator函数已经运行完毕,next
方法返回对象的value
属性为undefined,done
属性为true。以后再调用next
方法,返回的都是这个值。
总结一下,调用Generator函数,返回一个遍历器对象,代表Generator函数的内部指针。以后,每次调用遍历器对象的next
方法,就会返回一个有着value
和done
两个属性的对象。value
属性表示当前的内部状态的值,是yield
语句后面那个表达式的值;done
属性是一个布尔值,表示是否遍历结束。
yield语句
由于Generator函数返回的遍历器对象,只有调用next
方法才会遍历下一个内部状态,所以其实提供了一种可以暂停执行的函数。yield
语句就是暂停标志。
遍历器对象的next
方法的运行逻辑如下。
(1)遇到yield
语句,就暂停执行后面的操作,并将紧跟在yield
后面的那个表达式的值,作为返回的对象的value
属性值。
(2)下一次调用next
方法时,再继续往下执行,直到遇到下一个yield
语句。
(3)如果没有再遇到新的yield
语句,就一直运行到函数结束,直到return
语句为止,并将return
语句后面的表达式的值,作为返回的对象的value
属性值。
(4)如果该函数没有return
语句,则返回的对象的value
属性值为undefined
。
需要注意的是,yield
语句后面的表达式,只有当调用next
方法、内部指针指向该语句时才会执行,因此等于为JavaScript提供了手动的“惰性求值”(Lazy Evaluation)的语法功能。
function* gen() { yield 123 + 456;}
上面代码中,yield后面的表达式123 + 456
,不会立即求值,只会在next
方法将指针移到这一句时,才会求值。
yield
语句与return
语句既有相似之处,也有区别。相似之处在于,都能返回紧跟在语句后面的那个表达式的值。区别在于每次遇到yield
,函数暂停执行,下一次再从该位置继续向后执行,而return
语句不具备位置记忆的功能。一个函数里面,只能执行一次(或者说一个)return
语句,但是可以执行多次(或者说多个)yield
语句。正常函数只能返回一个值,因为只能执行一次return
;Generator函数可以返回一系列的值,因为可以有任意多个yield
。从另一个角度看,也可以说Generator生成了一系列的值,这也就是它的名称的来历(在英语中,generator这个词是“生成器”的意思)。
Generator函数可以不用yield
语句,这时就变成了一个单纯的暂缓执行函数。
function* f() { console.log('执行了!')}var generator = f();setTimeout(function () { generator.next()}, 2000);
上面代码中,函数f
如果是普通函数,在为变量generator赋值时就会执行。但是,函数f
是一个Generator函数,就变成只有调用next
方法时,函数f
才会执行。
另外需要注意,yield语句不能用在普通函数中,否则会报错。
(function (){ yield 1;})()// SyntaxError: Unexpected number
上面代码在一个普通函数中使用yield
语句,结果产生一个句法错误。
下面是另外一个例子。
var arr = [1, [[2, 3], 4], [5, 6]];var flat = function* (a){ a.forEach(function(item){ if (typeof item !== 'number'){ yield* flat(item); } else { yield item; } }};for (var f of flat(arr)){ console.log(f);}
上面代码也会产生句法错误,因为forEach
方法的参数是一个普通函数,但是在里面使用了yield
语句。一种修改方法是改用for
循环。
var arr = [1, [[2, 3], 4], [5, 6]];var flat = function* (a){ var length = a.length; for(var i =0;i<length;i++){ var item = a[i]; if (typeof item !== 'number'){ yield* flat(item); } else { yield item; } }};for (var f of flat(arr)){ console.log(f);}// 1, 2, 3, 4, 5, 6
另外,yield
语句如果用在一个表达式之中,必须放在圆括号里面。
console.log('Hello' + yield); // SyntaxErrorconsole.log('Hello' + yield 123); // SyntaxErrorconsole.log('Hello' + (yield)); // OKconsole.log('Hello' + (yield 123)); // OK
yield
语句用作函数参数或赋值表达式的右边,可以不加括号。
foo(yield 'a', yield 'b'); // OKlet input = yield; // OK
与Iterator接口的关系
上一章说过,任意一个对象的Symbol.iterator
方法,等于该对象的遍历器对象生成函数,调用该函数会返回该对象的一个遍历器对象。
遍历器对象本身也有Symbol.iterator
方法,执行后返回自身。
function* gen(){ // some code}var g = gen();g[Symbol.iterator]() === g// true
上面代码中,gen
是一个Generator函数,调用它会生成一个遍历器对象g
。它的Symbol.iterator
属性,也是一个遍历器对象生成函数,执行后返回它自己。
next方法的参数
yield
句本身没有返回值,或者说总是返回undefined
。next
方法可以带一个参数,该参数就会被当作上一个yield
语句的返回值。
function* f() { for(var i=0; true; i++) { var reset = yield i; if(reset) { i = -1; } }}var g = f();g.next() // { value: 0, done: false }g.next() // { value: 1, done: false }g.next(true) // { value: 0, done: false }
上面代码先定义了一个可以无限运行的Generator函数f
,如果next
方法没有参数,每次运行到yield
语句,变量reset
的值总是undefined
。当next
方法带一个参数true
时,当前的变量reset
就被重置为这个参数(即true
),因此i
会等于-1,下一轮循环就会从-1开始递增。
这个功能有很重要的语法意义。Generator函数从暂停状态到恢复运行,它的上下文状态(context)是不变的。通过next
方法的参数,就有办法在Generator函数开始运行之后,继续向函数体内部注入值。也就是说,可以在Generator函数运行的不同阶段,从外部向内部注入不同的值,从而调整函数行为。
再看一个例子。
function* foo(x) { var y = 2 * (yield (x + 1)); var z = yield (y / 3); return (x + y + z);}var a = foo(5);a.next() // Object{value:6, done:false}a.next() // Object{value:NaN, done:false}a.next() // Object{value:NaN, done:false}
上面代码中,第二次运行next
方法的时候不带参数,导致y的值等于2 * undefined
(即NaN
),除以3以后还是NaN
,因此返回对象的value
属性也等于NaN
。第三次运行Next
方法的时候不带参数,所以z
等于undefined
,返回对象的value
属性等于5 + NaN + undefined
,即NaN
。
如果向next
方法提供参数,返回结果就完全不一样了。
function* foo(x) { var y = 2 * (yield (x + 1)); var z = yield (y / 3); return (x + y + z);}var it = foo(5);it.next()// { value:6, done:false }it.next(12)// { value:8, done:false }it.next(13)// { value:42, done:true }
上面代码第一次调用next
方法时,返回x+1
的值6;第二次调用next
方法,将上一次yield
语句的值设为12,因此y
等于24,返回y / 3
的值8;第三次调用next
方法,将上一次yield
语句的值设为13,因此z
等于13,这时x
等于5,y
等于24,所以return
语句的值等于42。
注意,由于next
方法的参数表示上一个yield
语句的返回值,所以第一次使用next
方法时,不能带有参数。V8引擎直接忽略第一次使用next
方法时的参数,只有从第二次使用next
方法开始,参数才是有效的。
如果想要第一次调用next
方法时,就能够输入值,可以在Generator函数外面再包一层。
function wrapper(generatorFunction) { return function (...args) { let generatorObject = generatorFunction(...args); generatorObject.next(); return generatorObject; };}const wrapped = wrapper(function* () { console.log(`First input: ${yield}`); return 'DONE';});wrapped().next('hello!')// First input: hello!
上面代码中,Generator函数如果不用wrapper
先包一层,是无法第一次调用next
方法,就输入参数的。
for…of循环
for...of
循环可以自动遍历Generator函数,且此时不再需要调用next
方法。
function *foo() { yield 1; yield 2; yield 3; yield 4; yield 5; return 6;}for (let v of foo()) { console.log(v);}// 1 2 3 4 5
上面代码使用for...of
循环,依次显示5个yield
语句的值。这里需要注意,一旦next
方法的返回对象的done
属性为true
,for...of
循环就会中止,且不包含该返回对象,所以上面代码的return
语句返回的6,不包括在for...of
循环之中。
下面是一个利用Generator函数和for...of
循环,实现斐波那契数列的例子。
function* fibonacci() { let [prev, curr] = [0, 1]; for (;;) { [prev, curr] = [curr, prev + curr]; yield curr; }}for (let n of fibonacci()) { if (n > 1000) break; console.log(n);}
从上面代码可见,使用for...of
语句时不需要使用next方法。
前面章节曾经介绍过,for...of
循环、扩展运算符(…)、解构赋值和Array.from
方法内部调用的,都是遍历器接口。这意味着,它们可以将Generator函数返回的Iterator对象,作为参数。
function* numbers () { yield 1 yield 2 return 3 yield 4}[...numbers()] // [1, 2]Array.from(numbers()) // [1, 2]let [x, y] = numbers();x // 1y // 2for (let n of numbers()) { console.log(n)}// 1// 2
利用for...of
循环,可以写出遍历任意对象的方法。原生的JavaScript对象没有遍历接口,无法使用for...of
循环,通过Generator函数为它加上这个接口,就可以用了。
function* objectEntries(obj) { let propKeys = Reflect.ownKeys(obj); for (let propKey of propKeys) { yield [propKey, obj[propKey]]; }}let jane = { first: 'Jane', last: 'Doe' };for (let [key,value] of objectEntries(jane)) { console.log(`${key}: ${value}`);}// first: Jane// last: Doe
Generator.prototype.throw()
Generator函数返回的遍历器对象,都有一个throw
方法,可以在函数体外抛出错误,然后在Generator函数体内捕获。
var g = function* () { while (true) { try { yield; } catch (e) { if (e != 'a') throw e; console.log('内部捕获', e); } }};var i = g();i.next();try { i.throw('a'); i.throw('b');} catch (e) { console.log('外部捕获', e);}// 内部捕获 a// 外部捕获 b
上面代码中,遍历器对象i
连续抛出两个错误。第一个错误被Generator函数体内的catch
语句捕获,然后Generator函数执行完成,于是第二个错误被函数体外的catch
语句捕获。
注意,不要混淆遍历器对象的throw
方法和全局的throw
命令。上面代码的错误,是用遍历器对象的throw
方法抛出的,而不是用throw
命令抛出的。后者只能被函数体外的catch
语句捕获。
var g = function* () { while (true) { try { yield; } catch (e) { if (e != 'a') throw e; console.log('内部捕获', e); } }};var i = g();i.next();try { throw new Error('a'); throw new Error('b');} catch (e) { console.log('外部捕获', e);}// 外部捕获 [Error: a]
上面代码之所以只捕获了a
,是因为函数体外的catch语句块,捕获了抛出的a
错误以后,就不会再继续执行try语句块了。
如果Generator函数内部没有部署try…catch代码块,那么throw方法抛出的错误,将被外部try…catch代码块捕获。
var g = function* () { while (true) { yield; console.log('内部捕获', e); }};var i = g();i.next();try { i.throw('a'); i.throw('b');} catch (e) { console.log('外部捕获', e);}// 外部捕获 a
上面代码中,遍历器函数g
内部,没有部署try…catch代码块,所以抛出的错误直接被外部catch代码块捕获。
如果Generator函数内部部署了try…catch代码块,那么遍历器的throw方法抛出的错误,不影响下一次遍历,否则遍历直接终止。
var gen = function* gen(){ yield console.log('hello'); yield console.log('world');}var g = gen();g.next();try { g.throw();} catch (e) { g.next();}// hello
上面代码只输出hello就结束了,因为第二次调用next方法时,遍历器状态已经变成终止了。但是,如果使用throw命令抛出错误,不会影响遍历器状态。
var gen = function* gen(){ yield console.log('hello'); yield console.log('world');}var g = gen();g.next();try { throw new Error();} catch (e) { g.next();}// hello// world
上面代码中,throw
命令抛出的错误不会影响到遍历器的状态,所以两次执行next
方法,都取到了正确的操作。
这种函数体内捕获错误的机制,大大方便了对错误的处理。如果使用回调函数的写法,想要捕获多个错误,就不得不为每个函数写一个错误处理语句。
foo('a', function (a) { if (a.error) { throw new Error(a.error); } foo('b', function (b) { if (b.error) { throw new Error(b.error); } foo('c', function (c) { if (c.error) { throw new Error(c.error); } console.log(a, b, c); }); });});
使用Generator函数可以大大简化上面的代码。
function* g(){ try { var a = yield foo('a'); var b = yield foo('b'); var c = yield foo('c'); } catch (e) { console.log(e); } console.log(a, b, c);}
反过来,Generator函数内抛出的错误,也可以被函数体外的catch
捕获。
function *foo() { var x = yield 3; var y = x.toUpperCase(); yield y;}var it = foo();it.next(); // { value:3, done:false }try { it.next(42);} catch (err) { console.log(err);}
上面代码中,第二个next
方法向函数体内传入一个参数42,数值是没有toUpperCase
方法的,所以会抛出一个TypeError错误,被函数体外的catch
捕获。
一旦Generator执行过程中抛出错误,就不会再执行下去了。如果此后还调用next方法,将返回一个value
属性等于undefined
、done
属性等于true
的对象,即JavaScript引擎认为这个Generator已经运行结束了。
function* g() { yield 1; console.log('throwing an exception'); throw new Error('generator broke!'); yield 2; yield 3;}function log(generator) { var v; console.log('starting generator'); try { v = generator.next(); // { value: undefined, done: true } console.log('第一次运行next方法', v); } catch (err) { console.log('捕捉错误', v); } try { v = generator.next(); console.log('第二次运行next方法', v); } catch (err) { console.log('捕捉错误', v); } try { v = generator.next(); console.log('第三次运行next方法', v); } catch (err) { console.log('捕捉错误', v); } console.log('caller done');}log(g());// starting generator// 第一次运行next方法 { value: 1, done: false }// throwing an exception// 捕捉错误 { value: 1, done: false }// 第三次运行next方法 { value: undefined, done: true }// caller done
上面代码一共三次运行next
方法,第二次运行的时候会抛出错误,然后第三次运行的时候,Generator函数就已经结束了,不再执行下去了。
Generator.prototype.return()
Generator函数返回的遍历器对象,还有一个return
方法,可以返回给定的值,并且终结遍历Generator函数。
function* gen() { yield 1; yield 2; yield 3;}var g = gen();g.next() // { value: 1, done: false }g.return("foo") // { value: "foo", done: true }g.next() // { value: undefined, done: true }
上面代码中,遍历器对象g
调用return
方法后,返回值的value
属性就是return
方法的参数foo
。并且,Generator函数的遍历就终止了,返回值的done
属性为true
,以后再调用next
方法,done
属性总是返回true
。
如果return
方法调用时,不提供参数,则返回值的vaule
属性为undefined
。
function* gen() { yield 1; yield 2; yield 3;}var g = gen();g.next() // { value: 1, done: false }g.return() // { value: undefined, done: true }
如果Generator函数内部有try...finally
代码块,那么return
方法会推迟到finally
代码块执行完再执行。
function* numbers () { yield 1; try { yield 2; yield 3; } finally { yield 4; yield 5; } yield 6;}var g = numbers()g.next() // { done: false, value: 1 }g.next() // { done: false, value: 2 }g.return(7) // { done: false, value: 4 }g.next() // { done: false, value: 5 }g.next() // { done: true, value: 7 }
上面代码中,调用return
方法后,就开始执行finally
代码块,然后等到finally
代码块执行完,再执行return
方法。
yield*语句
如果在Generater函数内部,调用另一个Generator函数,默认情况下是没有效果的。
function* foo() { yield 'a'; yield 'b';}function* bar() { yield 'x'; foo(); yield 'y';}for (let v of bar()){ console.log(v);}// "x"// "y"
上面代码中,foo
和bar
都是Generator函数,在bar
里面调用foo
,是不会有效果的。
这个就需要用到yield*
语句,用来在一个Generator函数里面执行另一个Generator函数。
function* bar() { yield 'x'; yield* foo(); yield 'y';}// 等同于function* bar() { yield 'x'; yield 'a'; yield 'b'; yield 'y';}// 等同于function* bar() { yield 'x'; for (let v of foo()) { console.log(v); } yield 'y';}for (let v of bar()){ console.log(v);}// "x"// "a"// "b"// "y"
再来看一个对比的例子。
function* inner() { yield 'hello!';}function* outer1() { yield 'open'; yield inner(); yield 'close';}var gen = outer1()gen.next().value // "open"gen.next().value // 返回一个遍历器对象gen.next().value // "close"function* outer2() { yield 'open' yield* inner() yield 'close'}var gen = outer2()gen.next().value // "open"gen.next().value // "hello!"gen.next().value // "close"
上面例子中,outer2
使用了yield*
,outer1
没使用。结果就是,outer1
返回一个遍历器对象,outer2
返回该遍历器对象的内部值。
从语法角度看,如果yield
命令后面跟的是一个遍历器对象,需要在yield
命令后面加上星号,表明它返回的是一个遍历器对象。这被称为yield*
语句。
let delegatedIterator = (function* () { yield 'Hello!'; yield 'Bye!';}());let delegatingIterator = (function* () { yield 'Greetings!'; yield* delegatedIterator; yield 'Ok, bye.';}());for(let value of delegatingIterator) { console.log(value);}// "Greetings!// "Hello!"// "Bye!"// "Ok, bye."
上面代码中,delegatingIterator
是代理者,delegatedIterator
是被代理者。由于yield* delegatedIterator
语句得到的值,是一个遍历器,所以要用星号表示。运行结果就是使用一个遍历器,遍历了多个Generator函数,有递归的效果。
yield*语句等同于在Generator函数内部,部署一个for…of循环。
function* concat(iter1, iter2) { yield* iter1; yield* iter2;}// 等同于function* concat(iter1, iter2) { for (var value of iter1) { yield value; } for (var value of iter2) { yield value; }}
上面代码说明,yield*
不过是for...of
的一种简写形式,完全可以用后者替代前者。
如果yield*
后面跟着一个数组,由于数组原生支持遍历器,因此就会遍历数组成员。
function* gen(){ yield* ["a", "b", "c"];}gen().next() // { value:"a", done:false }
上面代码中,yield
命令后面如果不加星号,返回的是整个数组,加了星号就表示返回的是数组的遍历器对象。
实际上,任何数据结构只要有Iterator接口,就可以被yield*
遍历。
let read = (function* () { yield 'hello'; yield* 'hello';})();read.next().value // "hello"read.next().value // "h"
上面代码中,yield
语句返回整个字符串,yield*
语句返回单个字符。因为字符串具有Iterator接口,所以被yield*
遍历。
如果被代理的Generator函数有return
语句,那么就可以向代理它的Generator函数返回数据。
function *foo() { yield 2; yield 3; return "foo";}function *bar() { yield 1; var v = yield *foo(); console.log( "v: " + v ); yield 4;}var it = bar();it.next()// {value: 1, done: false}it.next()// {value: 2, done: false}it.next()// {value: 3, done: false}it.next();// "v: foo"// {value: 4, done: false}it.next()// {value: undefined, done: true}
上面代码在第四次调用next
方法的时候,屏幕上会有输出,这是因为函数foo
的return
语句,向函数bar
提供了返回值。
yield*
命令可以很方便地取出嵌套数组的所有成员。
function* iterTree(tree) { if (Array.isArray(tree)) { for(let i=0; i < tree.length; i++) { yield* iterTree(tree[i]); } } else { yield tree; }}const tree = [ 'a', ['b', 'c'], ['d', 'e'] ];for(let x of iterTree(tree)) { console.log(x);}// a// b// c// d// e
下面是一个稍微复杂的例子,使用yield*
语句遍历完全二叉树。
// 下面是二叉树的构造函数,// 三个参数分别是左树、当前节点和右树function Tree(left, label, right) { this.left = left; this.label = label; this.right = right;}// 下面是中序(inorder)遍历函数。// 由于返回的是一个遍历器,所以要用generator函数。// 函数体内采用递归算法,所以左树和右树要用yield*遍历function* inorder(t) { if (t) { yield* inorder(t.left); yield t.label; yield* inorder(t.right); }}// 下面生成二叉树function make(array) { // 判断是否为叶节点 if (array.length == 1) return new Tree(null, array[0], null); return new Tree(make(array[0]), array[1], make(array[2]));}let tree = make([[['a'], 'b', ['c']], 'd', [['e'], 'f', ['g']]]);// 遍历二叉树var result = [];for (let node of inorder(tree)) { result.push(node);}result// ['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g']
作为对象属性的Generator函数
如果一个对象的属性是Generator函数,可以简写成下面的形式。
let obj = { * myGeneratorMethod() { ··· }};
上面代码中,myGeneratorMethod
属性前面有一个星号,表示这个属性是一个Generator函数。
它的完整形式如下,与上面的写法是等价的。
let obj = { myGeneratorMethod: function* () { // ··· }};
构造函数是Generator函数
这一节讨论一种特殊情况:构造函数是Generator函数。
function* F(){ yield this.x = 2; yield this.y = 3;}
上面代码中,函数F是一个构造函数,又是一个Generator函数。这时,使用new命令就无法生成F的实例了,因为F返回的是一个内部指针。
'next' in (new F())// true
上面代码中,由于new F()
返回的是一个Iterator对象,具有next方法,所以上面的表达式为true。
那么,这个时候怎么生成对象实例呢?
我们知道,如果构造函数调用时,没有使用new命令,那么内部的this对象,绑定当前构造函数所在的对象(比如window对象)。因此,可以生成一个空对象,使用bind方法绑定F内部的this。这样,构造函数调用以后,这个空对象就是F的实例对象了。
var obj = {};var f = F.bind(obj)();f.next();f.next();f.next();console.log(obj);// { x: 2, y: 3 }
上面代码中,首先是F内部的this对象绑定obj对象,然后调用它,返回一个Iterator对象。这个对象执行三次next方法(因为F内部有两个yield语句),完成F内部所有代码的运行。这时,所有内部属性都绑定在obj对象上了,因此obj对象也就成了F的实例。
Generator函数推导
ES7在数组推导的基础上,提出了Generator函数推导(Generator comprehension)。
let generator = function* () { for (let i = 0; i < 6; i++) { yield i; }}let squared = ( for (n of generator()) n * n );// 等同于// let squared = Array.from(generator()).map(n => n * n);console.log(...squared);// 0 1 4 9 16 25
“推导”这种语法结构,不仅可以用于数组,ES7将其推广到了Generator函数。for…of循环会自动调用遍历器的next方法,将返回值的value属性作为数组的一个成员。
Generator函数推导是对数组结构的一种模拟,它的最大优点是惰性求值,即直到真正用到时才会求值,这样可以保证效率。请看下面的例子。
let bigArray = new Array(100000);for (let i = 0; i < 100000; i++) { bigArray[i] = i;}let first = bigArray.map(n => n * n)[0];console.log(first);
上面例子遍历一个大数组,但是在真正遍历之前,这个数组已经生成了,占用了系统资源。如果改用Generator函数推导,就能避免这一点。下面代码只在用到时,才会生成一个大数组。
let bigGenerator = function* () { for (let i = 0; i < 100000; i++) { yield i; }}let squared = ( for (n of bigGenerator()) n * n );console.log(squared.next());
含义
Generator与状态机
Generator是实现状态机的最佳结构。比如,下面的clock函数就是一个状态机。
var ticking = true;var clock = function() { if (ticking) console.log('Tick!'); else console.log('Tock!'); ticking = !ticking;}
上面代码的clock函数一共有两种状态(Tick和Tock),每运行一次,就改变一次状态。这个函数如果用Generator实现,就是下面这样。
var clock = function*(_) { while (true) { yield _; console.log('Tick!'); yield _; console.log('Tock!'); }};
上面的Generator实现与ES5实现对比,可以看到少了用来保存状态的外部变量ticking,这样就更简洁,更安全(状态不会被非法篡改)、更符合函数式编程的思想,在写法上也更优雅。Generator之所以可以不用外部变量保存状态,是因为它本身就包含了一个状态信息,即目前是否处于暂停态。
Generator与协程
协程(coroutine)是一种程序运行的方式,可以理解成“协作的线程”或“协作的函数”。协程既可以用单线程实现,也可以用多线程实现。前者是一种特殊的子例程,后者是一种特殊的线程。
(1)协程与子例程的差异
传统的“子例程”(subroutine)采用堆栈式“后进先出”的执行方式,只有当调用的子函数完全执行完毕,才会结束执行父函数。协程与其不同,多个线程(单线程情况下,即多个函数)可以并行执行,但是只有一个线程(或函数)处于正在运行的状态,其他线程(或函数)都处于暂停态(suspended),线程(或函数)之间可以交换执行权。也就是说,一个线程(或函数)执行到一半,可以暂停执行,将执行权交给另一个线程(或函数),等到稍后收回执行权的时候,再恢复执行。这种可以并行执行、交换执行权的线程(或函数),就称为协程。
从实现上看,在内存中,子例程只使用一个栈(stack),而协程是同时存在多个栈,但只有一个栈是在运行状态,也就是说,协程是以多占用内存为代价,实现多任务的并行。
(2)协程与普通线程的差异
不难看出,协程适合用于多任务运行的环境。在这个意义上,它与普通的线程很相似,都有自己的执行上下文、可以分享全局变量。它们的不同之处在于,同一时间可以有多个线程处于运行状态,但是运行的协程只能有一个,其他协程都处于暂停状态。此外,普通的线程是抢先式的,到底哪个线程优先得到资源,必须由运行环境决定,但是协程是合作式的,执行权由协程自己分配。
由于ECMAScript是单线程语言,只能保持一个调用栈。引入协程以后,每个任务可以保持自己的调用栈。这样做的最大好处,就是抛出错误的时候,可以找到原始的调用栈。不至于像异步操作的回调函数那样,一旦出错,原始的调用栈早就结束。
Generator函数是ECMAScript 6对协程的实现,但属于不完全实现。Generator函数被称为“半协程”(semi-coroutine),意思是只有Generator函数的调用者,才能将程序的执行权还给Generator函数。如果是完全执行的协程,任何函数都可以让暂停的协程继续执行。
如果将Generator函数当作协程,完全可以将多个需要互相协作的任务写成Generator函数,它们之间使用yield语句交换控制权。
应用
Generator可以暂停函数执行,返回任意表达式的值。这种特点使得Generator有多种应用场景。
(1)异步操作的同步化表达
Generator函数的暂停执行的效果,意味着可以把异步操作写在yield语句里面,等到调用next方法时再往后执行。这实际上等同于不需要写回调函数了,因为异步操作的后续操作可以放在yield语句下面,反正要等到调用next方法时再执行。所以,Generator函数的一个重要实际意义就是用来处理异步操作,改写回调函数。
function* loadUI() { showLoadingScreen(); yield loadUIDataAsynchronously(); hideLoadingScreen();}var loader = loadUI();// 加载UIloader.next()// 卸载UIloader.next()
上面代码表示,第一次调用loadUI函数时,该函数不会执行,仅返回一个遍历器。下一次对该遍历器调用next方法,则会显示Loading界面,并且异步加载数据。等到数据加载完成,再一次使用next方法,则会隐藏Loading界面。可以看到,这种写法的好处是所有Loading界面的逻辑,都被封装在一个函数,按部就班非常清晰。
Ajax是典型的异步操作,通过Generator函数部署Ajax操作,可以用同步的方式表达。
function* main() { var result = yield request("http://some.url"); var resp = JSON.parse(result); console.log(resp.value);}function request(url) { makeAjaxCall(url, function(response){ it.next(response); });}var it = main();it.next();
上面代码的main函数,就是通过Ajax操作获取数据。可以看到,除了多了一个yield,它几乎与同步操作的写法完全一样。注意,makeAjaxCall函数中的next方法,必须加上response参数,因为yield语句构成的表达式,本身是没有值的,总是等于undefined。
下面是另一个例子,通过Generator函数逐行读取文本文件。
function* numbers() { let file = new FileReader("numbers.txt"); try { while(!file.eof) { yield parseInt(file.readLine(), 10); } } finally { file.close(); }}
上面代码打开文本文件,使用yield语句可以手动逐行读取文件。
(2)控制流管理
如果有一个多步操作非常耗时,采用回调函数,可能会写成下面这样。
step1(function (value1) { step2(value1, function(value2) { step3(value2, function(value3) { step4(value3, function(value4) { // Do something with value4 }); }); });});
采用Promise改写上面的代码。
Q.fcall(step1) .then(step2) .then(step3) .then(step4) .then(function (value4) { // Do something with value4 }, function (error) { // Handle any error from step1 through step4 }) .done();
上面代码已经把回调函数,改成了直线执行的形式,但是加入了大量Promise的语法。Generator函数可以进一步改善代码运行流程。
function* longRunningTask() { try { var value1 = yield step1(); var value2 = yield step2(value1); var value3 = yield step3(value2); var value4 = yield step4(value3); // Do something with value4 } catch (e) { // Handle any error from step1 through step4 }}
然后,使用一个函数,按次序自动执行所有步骤。
scheduler(longRunningTask());function scheduler(task) { setTimeout(function() { var taskObj = task.next(task.value); // 如果Generator函数未结束,就继续调用 if (!taskObj.done) { task.value = taskObj.value scheduler(task); } }, 0);}
注意,yield语句是同步运行,不是异步运行(否则就失去了取代回调函数的设计目的了)。实际操作中,一般让yield语句返回Promise对象。
var Q = require('q');function delay(milliseconds) { var deferred = Q.defer(); setTimeout(deferred.resolve, milliseconds); return deferred.promise;}function* f(){ yield delay(100);};
上面代码使用Promise的函数库Q,yield语句返回的就是一个Promise对象。
多个任务按顺序一个接一个执行时,yield语句可以按顺序排列。多个任务需要并列执行时(比如只有A任务和B任务都执行完,才能执行C任务),可以采用数组的写法。
function* parallelDownloads() { let [text1,text2] = yield [ taskA(), taskB() ]; console.log(text1, text2);}
上面代码中,yield语句的参数是一个数组,成员就是两个任务taskA和taskB,只有等这两个任务都完成了,才会接着执行下面的语句。
(3)部署iterator接口
利用Generator函数,可以在任意对象上部署iterator接口。
function* iterEntries(obj) { let keys = Object.keys(obj); for (let i=0; i < keys.length; i++) { let key = keys[i]; yield [key, obj[key]]; }}let myObj = { foo: 3, bar: 7 };for (let [key, value] of iterEntries(myObj)) { console.log(key, value);}// foo 3// bar 7
上述代码中,myObj是一个普通对象,通过iterEntries函数,就有了iterator接口。也就是说,可以在任意对象上部署next方法。
下面是一个对数组部署Iterator接口的例子,尽管数组原生具有这个接口。
function* makeSimpleGenerator(array){ var nextIndex = 0; while(nextIndex < array.length){ yield array[nextIndex++]; }}var gen = makeSimpleGenerator(['yo', 'ya']);gen.next().value // 'yo'gen.next().value // 'ya'gen.next().done // true
(4)作为数据结构
Generator可以看作是数据结构,更确切地说,可以看作是一个数组结构,因为Generator函数可以返回一系列的值,这意味着它可以对任意表达式,提供类似数组的接口。
function *doStuff() { yield fs.readFile.bind(null, 'hello.txt'); yield fs.readFile.bind(null, 'world.txt'); yield fs.readFile.bind(null, 'and-such.txt');}
上面代码就是依次返回三个函数,但是由于使用了Generator函数,导致可以像处理数组那样,处理这三个返回的函数。
for (task of doStuff()) { // task是一个函数,可以像回调函数那样使用它}
实际上,如果用ES5表达,完全可以用数组模拟Generator的这种用法。
function doStuff() { return [ fs.readFile.bind(null, 'hello.txt'), fs.readFile.bind(null, 'world.txt'), fs.readFile.bind(null, 'and-such.txt') ];}
上面的函数,可以用一模一样的for…of循环处理!两相一比较,就不难看出Generator使得数据或者操作,具备了类似数组的接口。
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