深刻淺出！從語義角度分析隱藏在Unity協程背後的原理

Unity的協程使用起來比較方便，可是因爲其封裝和隱藏了太多細節，使其看起來比較神祕。好比協程是不是真正的異步執行？協程與線程究竟是什麼關係？本文將從語義角度來分析隱藏在協程背後的原理，並使用C++來實現一個簡單的協程，以揭開協程的神祕面紗。（文內代碼爲截圖，可點擊放大查看。）

1、什麼是協程

簡單來講，協程是一個有多個返回點的函數。通常來講一個函數只有一個返回點，函數的調用者調用一次後，函數的生命週期就結束了。而對於協程來講，其生命週期由調用者來決定，能夠經過返回值來決定如何進行一次調用以及如何結束調用。

因爲協程返回的是一系列的值，每個yield return對應一次返回。用迭代器做爲返回類型是比較好的選擇，能夠簡單的認爲每個yield return對於了迭代器中的一個元素。

Unity的C#代碼中一個協程的返回值一般是IEnumerator類型，IEnumerator 接口有兩個方法，分別是 Current 和 MoveNext。咱們能夠簡單的認爲：協程就是一個返回迭代器的函數，一開始迭代器的Current指向函數的開頭，每執行一次MoveNext，Current就指向下一個yield return 返回的值。例如：

2、協程的核心，神奇的yield

咱們來看看上而代碼示例中的函數coroutine:

上面代碼神奇的地方在於關鍵詞yield，爲何能夠調用屢次yield return返回一組值，而且該函數的返回值變成了Enumerator類型？這其實就是隱藏在協程背後的核心原理。有不少關於協程的核心原理的分析及實現的文章，大多都是從系統底層的角度來分析，使用了彙編，goto語句或者是C 語言的 setjmp 和 longjmp來實現了協程，雖然分析得比較透徹，但對讀者所掌握的知識要求比較高，其中的一些概念比較晦澀，難於理解。

實際上從語義角度來看，協程的工做原理比較簡單，任何支持閉包的語言均可以實現協程。下面咱們從語義的角度來解釋協程：

1.每個yield return被包裝成一個函數（簡稱爲Y函數），若是該函數使用了外層的局部變量，將造成一個閉包

2.Y函數的返回值爲yield傳入的對象和下一個yield return所包裝成的函數

3.對迭代器的MoveNext調用等價於對Y函數的調用

4.最後一個yield return包裝成的Y函數返回yield傳入的對象和一個空函數以表明迭代結束(即調用MoveNext時返回false)

3、簡單協程的C++實現

如下是根據協程在語義上的解釋，用C++的實現一個簡單協程示例：

一共不到60行代碼，就實現了簡單的協程。對於上示例中的coroutine函數，除了語法上有一些差別，語義已經和C#的協程徹底一協了，甚至咱們能夠引入一個宏讓其長得更像C#的協程，例如：

雖然以上代碼段看起來已經比較像Unity的協程了，可是遺憾的是代碼還不夠簡潔，有一點點語法噪音（函數的結尾部分多了一些沒意義的括號）語法也不夠統一（最後一行是return yield）。

4、For循環

第三節咱們講了協程的簡單的實現，可是若是咱們若是在for循環中使用yield還存在問題，好比如下代碼段：

coroutine1函數返回的迭代器中只包含一個值1，而不是咱們指望的1~10。所以對於協程中的循環咱們須要特殊處理。分析以上代碼，咱們指望的是對於循環中的每個i,調用yield生成一個coroutine node,而後將這些node合併成一個鏈表返回。所以咱們能夠將協程中的for語句翻譯成一個For函數，代碼以下：

Combine函數實現將兩個Coroutine Node鏈接在一塊兒合併成一個鏈表返回，其定義代碼以下：

有了For函數，能夠將coroutine1實現能夠改爲以下：

雖然在語法上該函數有一些醜，可是是從語義上徹底是等價如下C#代碼的：

如下是一個更加複雜的示例：

語義上等價的C#代碼爲：

5、總結

本文從語義的角度來解釋了協程的運行機制，並使用C++實現了簡單的協程，但仍有部份內容未討論到，好比怎樣在For循環中實現break,yield break等，其實要實現這些並不困難，感興趣的同窗能夠自行去研究。

回到引言中提到的兩個問題：

協程是否爲異步執行？嚴格意義上來說，協程並非異步執行的，可是調用者能夠分時間片去執行每個yield,讓程序看起來像是異步的。協程和線程是什麼關係？協程與線程之間沒有嚴格的對應關係，可是能夠結合使用，隱藏一些沒必要要的細節以簡化編程，好比unity的WWW。

來源：公衆號<Gad-騰訊遊戲開發者平臺>

做者：Tseclam

原題：程序|深刻淺出！從語義角度分析隱藏在Unity協程背後的原理

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