ECMAScript 6 Generator

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Generator 函数

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。

Generator 就是一个异步操作的容器。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。

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function* helloWorldGenerator() {
    yield 'hello';
    yield 'world';
    return 'ending';
}

var hw = helloWorldGenerator();

console.log(hw.next());

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表达式（或return语句）为止。换言之，Generator 函数是分段执行的，yield表达式是暂停执行的标记，而next方法可以恢复执行。

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hw.next()
// { value: 'hello', done: false }

hw.next()
// { value: 'world', done: false }

hw.next()
// { value: 'ending', done: true }

hw.next()
// { value: undefined, done: true }
yield表达式

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表达式就是暂停标志。

  • yield表达式与 Iterator 接口的关系 *

任意一个对象的Symbol.iterator方法，等于该对象的遍历器生成函数，调用该函数会返回该对象的一个遍历器对象。

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var myIterable = {};
myIterable[Symbol.iterator] = function* () {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
};

[...myIterable] // [1, 2, 3]
next 方法的参数

yield表达式本身没有返回值，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表达式的返回值。

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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 }

//通过next方法的参数，向 Generator 函数内部输入值的例子。
function* dataConsumer() {
  console.log('Started');
  console.log(`1. ${yield}`);
  console.log(`2. ${yield}`);
  return 'result';
}

let genObj = dataConsumer();
genObj.next();
// Started
genObj.next('a')
// 1. a
genObj.next('b')
// 2. b

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。

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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

for…of循环可以自动遍历 Generator 函数运行时生成的Iterator对象，且此时不再需要调用next方法。

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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

利用 Generator 函数和for…of循环，实现斐波那契数列的例子。

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function* fibonacci() {
  let [prev, curr] = [0, 1];
  for (;;) {
    yield curr;
    [prev, curr] = [curr, prev + curr];
  }
}

for (let n of fibonacci()) {
  if (n > 1000) break;
  console.log(n);
}
yield* 表达式

如果在 Generator 函数内部，调用另一个 Generator 函数。需要在前者的函数体内部，自己手动完成遍历。

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function* foo() {
  yield 'a';
  yield 'b';
}

function* bar() {
  yield 'x';
  // 手动遍历 foo()
  for (let i of foo()) {
    console.log(i);
  }
  yield 'y';
}

for (let v of bar()){
  console.log(v);
}
// x
// a
// b
// y

ES6 提供了yield*表达式，作为解决办法，用来在一个 Generator 函数里面执行另一个 Generator 函数。

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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()) {
    yield v;
  }
  yield 'y';
}

for (let v of bar()){
  console.log(v);
}
// "x"
// "a"
// "b"
// "y"
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。

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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。

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let obj = {
  myGeneratorMethod: function* () {
    // ···
  }
};

生成一个空对象，使用call方法绑定 Generator 函数内部的this。这样，构造函数调用以后，这个空对象就是 Generator 函数的实例对象了。

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function* F() {
  this.a = 1;
  yield this.b = 2;
  yield this.c = 3;
}
var obj = {};
var f = F.call(obj);

f.next();  // Object {value: 2, done: false}
f.next();  // Object {value: 3, done: false}
f.next();  // Object {value: undefined, done: true}

obj.a // 1
obj.b // 2
obj.c // 3

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表达式），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。

上面代码中，执行的是遍历器对象f，但是生成的对象实例是obj，有没有办法将这两个对象统一呢？

一个办法就是将obj换成F.prototype。

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function* F() {
  this.a = 1;
  yield this.b = 2;
  yield this.c = 3;
}
var f = F.call(F.prototype);

f.next();  // Object {value: 2, done: false}
f.next();  // Object {value: 3, done: false}
f.next();  // Object {value: undefined, done: true}

f.a // 1
f.b // 2
f.c // 3

再将F改成构造函数，就可以对它执行new命令了。

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function* gen() {
  this.a = 1;
  yield this.b = 2;
  yield this.c = 3;
}

function F() {
  return gen.call(gen.prototype);
}

var f = new F();

f.next();  // Object {value: 2, done: false}
f.next();  // Object {value: 3, done: false}
f.next();  // Object {value: undefined, done: true}

f.a // 1
f.b // 2
f.c // 3

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

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。

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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。

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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表达式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。

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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。

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Promise.resolve(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。

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function* longRunningTask(value1) {
  try {
    var value2 = yield step1(value1);
    var value3 = yield step2(value2);
    var value4 = yield step3(value3);
    var value5 = yield step4(value4);
    // Do something with value4
  } catch (e) {
    // Handle any error from step1 through step4
  }
}

函数的异步应用

ES6 诞生以前，异步编程的方法，大概有下面四种。

回调函数 事件监听 发布/订阅 Promise 对象

回调
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fs.readFile('/etc/passwd', 'utf-8', function (err, data) {
  if (err) throw err;
  console.log(data);
});
Promise

回调函数本身并没有问题，它的问题出现在多个回调函数嵌套。假定读取A文件之后，再读取B文件，代码如下。

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fs.readFile(fileA, 'utf-8', function (err, data) {
  fs.readFile(fileB, 'utf-8', function (err, data) {
    // ...
  });
});

Promise 对象就是为了解决这个问题而提出的。它不是新的语法功能，而是一种新的写法，允许将回调函数的嵌套，改成链式调用。采用 Promise，连续读取多个文件，写法如下。

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var readFile = require('fs-readfile-promise');

readFile(fileA)
.then(function (data) {
  console.log(data.toString());
})
.then(function () {
  return readFile(fileB);
})
.then(function (data) {
  console.log(data.toString());
})
.catch(function (err) {
  console.log(err);
});

使用了fs-readfile-promise模块，它的作用就是返回一个 Promise 版本的readFile函数。Promise 提供then方法加载回调函数，catch方法捕捉执行过程中抛出的错误。

可以看到，Promise 的写法只是回调函数的改进，使用then方法以后，异步任务的两段执行看得更清楚了，除此以外，并无新意。

Promise 的最大问题是代码冗余，原来的任务被 Promise 包装了一下，不管什么操作，一眼看去都是一堆then，原来的语义变得很不清楚。

Generator 函数的流程管理
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function* gen() {
  // ...
}

var g = gen();
var res = g.next();

while(!res.done){
  console.log(res.value);
  res = g.next();
}

但是，这不适合异步操作。如果必须保证前一步执行完，才能执行后一步，上面的自动执行就不可行。这时，Thunk 函数就能派上用处。以读取文件为例。下面的 Generator 函数封装了两个异步操作。

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var fs = require('fs');
var thunkify = require('thunkify');
var readFileThunk = thunkify(fs.readFile);

var gen = function* (){
  var r1 = yield readFileThunk('/etc/fstab');
  console.log(r1.toString());
  var r2 = yield readFileThunk('/etc/shells');
  console.log(r2.toString());
};

上面代码中，yield命令用于将程序的执行权移出 Generator 函数，那么就需要一种方法，将执行权再交还给 Generator 函数。

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var g = gen();

var r1 = g.next();
r1.value(function (err, data) {
  if (err) throw err;
  var r2 = g.next(data);
  r2.value(function (err, data) {
    if (err) throw err;
    g.next(data);
  });
});

变量g是 Generator 函数的内部指针，表示目前执行到哪一步。next方法负责将指针移动到下一步，并返回该步的信息（value属性和done属性）。

Thunk 函数的自动流程管理

Thunk 函数真正的威力，在于可以自动执行 Generator 函数。下面就是一个基于 Thunk 函数的 Generator 执行器。

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function run(fn) {
  var gen = fn();

  function next(err, data) {
    var result = gen.next(data);
    if (result.done) return;
    result.value(next);
  }

  next();
}

function* g() {
  // ...
}

run(g);

上面代码的run函数，就是一个 Generator 函数的自动执行器。内部的next函数就是 Thunk 的回调函数。next函数先将指针移到 Generator 函数的下一步（gen.next方法），然后判断 Generator 函数是否结束（result.done属性），如果没结束，就将next函数再传入 Thunk 函数（result.value属性），否则就直接退出。

有了这个执行器，执行 Generator 函数方便多了。不管内部有多少个异步操作，直接把 Generator 函数传入run函数即可。当然，前提是每一个异步操作，都要是 Thunk 函数，也就是说，跟在yield命令后面的必须是 Thunk 函数。

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var g = function* (){
  var f1 = yield readFileThunk('fileA');
  var f2 = yield readFileThunk('fileB');
  // ...
  var fn = yield readFileThunk('fileN');
};

run(g);

上面代码中，函数g封装了n个异步的读取文件操作，只要执行run函数，这些操作就会自动完成。这样一来，异步操作不仅可以写得像同步操作，而且一行代码就可以执行。

Thunk 函数并不是 Generator 函数自动执行的唯一方案。因为自动执行的关键是，必须有一种机制，自动控制 Generator 函数的流程，接收和交还程序的执行权。回调函数可以做到这一点，Promise 对象也可以做到这一点。

co 模块

co 模块是著名程序员 TJ Holowaychuk 于 2013 年 6 月发布的一个小工具，用于 Generator 函数的自动执行。

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var gen = function* () {
//用于依次读取两个文件。
  var f1 = yield readFile('/etc/fstab');
  var f2 = yield readFile('/etc/shells');
  console.log(f1.toString());
  console.log(f2.toString());
};
//co 模块可以让你不用编写 Generator 函数的执行器。
var co = require('co');
co(gen);

co函数返回一个Promise对象，因此可以用then方法添加回调函数。

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co(gen).then(function (){
  console.log('Generator 函数执行完成');
});

** co 模块的原理 **
为什么 co 可以自动执行 Generator 函数？

前面说过，Generator 就是一个异步操作的容器。它的自动执行需要一种机制，当异步操作有了结果，能够自动交回执行权。两种方法可以做到这一点。

（1）回调函数。将异步操作包装成 Thunk 函数，在回调函数里面交回执行权。

（2）Promise 对象。将异步操作包装成 Promise 对象，用then方法交回执行权。

基于 Promise 对象的自动执行器

还是沿用上面的例子。首先，把fs模块的readFile方法包装成一个 Promise 对象。

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var fs = require('fs');

var readFile = function (fileName){
  return new Promise(function (resolve, reject){
    fs.readFile(fileName, function(error, data){
      if (error) return reject(error);
      resolve(data);
    });
  });
};

var gen = function* (){
  var f1 = yield readFile('/etc/fstab');
  var f2 = yield readFile('/etc/shells');
  console.log(f1.toString());
  console.log(f2.toString());
};

然后，手动执行上面的 Generator 函数。

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var g = gen();

g.next().value.then(function(data){
  g.next(data).value.then(function(data){
    g.next(data);
  });
});

手动执行其实就是用then方法，层层添加回调函数。理解了这一点，就可以写出一个自动执行器。

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function run(gen){
  var g = gen();

  function next(data){
    var result = g.next(data);
    if (result.done) return result.value;
    result.value.then(function(data){
      next(data);
    });
  }

  next();
}

run(gen);

co 模块的源码分析

co 支持并发的异步操作，即允许某些操作同时进行，等到它们全部完成，才进行下一步。

这时，要把并发的操作都放在数组或对象里面，跟在yield语句后面。

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// 数组的写法
co(function* () {
  var res = yield [
    Promise.resolve(1),
    Promise.resolve(2)
  ];
  console.log(res);
}).catch(onerror);

// 对象的写法
co(function* () {
  var res = yield {
    1: Promise.resolve(1),
    2: Promise.resolve(2),
  };
  console.log(res);
}).catch(onerror);

例子。

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co(function* () {
  var values = [n1, n2, n3];
  yield values.map(somethingAsync);
});

function* somethingAsync(x) {
  // do something async
  return y
}

上面的代码允许并发三个somethingAsync异步操作，等到它们全部完成，才会进行下一步。

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