15.5.3 【Task实现细节】状态机的结构

　　状态机的整体结构非常简单。它总是使用显式接口实现，以实现.NET 4.5引入的 IAsync StateMachine 接口，并且只包含该接口声明的两个方法，即 MoveNext 和 SetStateMachine 。

　　 此外，它还拥有大量私有或公共字段。 状态机的声明在折叠后如代码清单15-11所示：

         [CompilerGenerated]
         private struct DemoStateMachine : IAsyncStateMachine
         {
             // Fields for parameters
             public IEnumerable<char> text;

             // Fields for local variables
             public IEnumerator<char> iterator;
             public char ch;
             public int total;
             public int unicode;

             // Fields for awaiters
             private TaskAwaiter taskAwaiter;
             private YieldAwaitable.YieldAwaiter yieldAwaiter;

             // Common infrastructure
             public int state;
             public AsyncTaskMethodBuilder<int> builder;
             private object stack;

             void IAsyncStateMachine.MoveNext()
 　　　　　　  {..............}
 　　　　　}

　　在这段代码中，我将字段分割为不同的部分。我们已经知道表示原始参数的 text 字段 是由 骨架方法设置的，而 builder 和 state 字段亦是如此，三者皆是所有状态机共享的通用基础设施。

　　由于需在多次调用 MoveNext() 方法时保存变量的值，因此每个局部变量也同样拥有着自己 的字段 。有时局部变量只在两个特殊的 await 表达式之间使用，而无须保存在字段中，但就我 的经验来说，当前实现总是会将它们提升为字段。此外，这么做还可以改善调试体验，即使没有 代码再使用它们，也无须担心局部变量丢值了。

　　 异步方法中使用的 awaiter 如果是值类型，则每个类型都会有一个字段与之对应，而如果是 引用类型（编译时的类型），则所有 awaiter 共享一个字段。本例有两个 await 表达式，分别使 用两个不同的 awaiter 结构类型，因此有两个字段 。如果第二个 await 表达式也使用了一个 TaskAwaiter ，或者如果 TaskAwiater 和 YieldAwiter 都是类，则只会有一个字段。由于一次 只能存活一个 awaiter ，因此即使一次只能存储一个值也没关系。我们需要在多个 await 表达式 之间传播awaiter，这样就可以在操作完成时得到结果。 　　有关通用的基础设施字段 ，我们已经了解了其中的 state 和 builder 。 state 用于跟踪踪 迹，这样后续操作可回到代码中正确的位置。 builder 具有很多功能，包括创建骨架方法返回的 Task 和 Task<T> ，即异步方法结束时传播的任务，其内包含有正确结果。 stack 字段略微有点晦 涩。当 await 表达式作为语句的一部分出现，并需要跟踪一些额外的状态，而这些状态又没有表 示为普通的局部变量时，才会用到 stack 字段。15.5.6节将介绍一个相关示例，该示例不会用于 代码清单15-11生成的状态机中。

　　 编译器的所有魔法都体现在 MoveNext() 方法中，但在介绍它之前，我们先来快速浏览一下 SetStateMachine 。在每个状态机中，它都具有完全相同的实现，如下所示：

             [DebuggerHidden]
             void IAsyncStateMachine.SetStateMachine(IAsyncStateMachine machine)
             {
                 builder.SetStateMachine(machine);
             }

　　简单来说，该方法的作用是：在builder内部，让一个已装箱状态机的复本保留有对自身的引 用。我不想深入介绍如何管理所有的装箱，你只需了解状态机可在必要时得到装箱，同时，异步 机制的各方面可保证在装箱后，还会一直使用这个已装箱的复本。这非常重要，因为我们使用的 是可变值类型（不寒而栗！）。如果允许对状态机的不同复本进行不同的修改，那么整个程序很快 就会崩溃。

　　换一个角度来说（如果你开始认真思考状态机的实例变量是如何传播的，这就会变得很重 要），状态机之所以设计为 struct ，就是为了避免早期不必要的堆分配，但大多数代码都将其视 作一个类。围绕 SetStateMachine 的那些引用，让这一切正常运作。

所有代码如下：

     class DecompilationSampleDecompiled
     {
         static void Main()
         {
             Task<int> task = SumCharactersAsync("test");
             Console.WriteLine(task.Result);
         }

         [DebuggerStepThrough]
         [AsyncStateMachine(typeof(DemoStateMachine))]
         static Task<int> SumCharactersAsync(IEnumerable<char> text)
         {
             var machine = new DemoStateMachine();
             machine.text = text;
             machine.builder = AsyncTaskMethodBuilder<int>.Create();
             machine.state = -;
             machine.builder.Start(ref machine);
             return machine.builder.Task;
         }

         [CompilerGenerated]
         private struct DemoStateMachine : IAsyncStateMachine
         {
             // Fields for parameters
             public IEnumerable<char> text;

             // Fields for local variables
             public IEnumerator<char> iterator;
             public char ch;
             public int total;
             public int unicode;

             // Fields for awaiters
             private TaskAwaiter taskAwaiter;
             private YieldAwaitable.YieldAwaiter yieldAwaiter;

             // Common infrastructure
             public int state;
             public AsyncTaskMethodBuilder<int> builder;
             private object stack;

             void IAsyncStateMachine.MoveNext()
             {
                 int result = default(int);
                 try
                 {
                     bool doFinallyBodies = true;
                     switch (state)
                     {
                         case -:
                             goto Done;
                         case :
                             goto FirstAwaitContinuation;
                         case :
                             goto SecondAwaitContinuation;
                     }
                     // Default case - first call (state is -1)
                     total = ;
                     iterator = text.GetEnumerator();

                 // We really want to jump straight to FirstAwaitRealContinuation, but we can't
                 // goto a label inside a try block...
                 FirstAwaitContinuation:
                     // foreach loop
                     try
                     {
                         // for/foreach loops typically have the condition at the end of the generated code.
                         // We want to go there *unless* we're trying to reach the first continuation.
                         if (state != )
                         {
                             goto LoopCondition;
                         }
                         goto FirstAwaitRealContinuation;
                     LoopBody:
                         ch = iterator.Current;
                         unicode = ch;
                         TaskAwaiter localTaskAwaiter = Task.Delay(unicode).GetAwaiter();
                         if (localTaskAwaiter.IsCompleted)
                         {
                             goto FirstAwaitCompletion;
                         }
                         state = ;
                         taskAwaiter = localTaskAwaiter;
                         builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref localTaskAwaiter, ref this);
                         doFinallyBodies = false;
                         return;
                     FirstAwaitRealContinuation:
                         localTaskAwaiter = taskAwaiter;
                         taskAwaiter = default(TaskAwaiter);
                         state = -;
                     FirstAwaitCompletion:
                         localTaskAwaiter.GetResult();
                         localTaskAwaiter = default(TaskAwaiter);
                         total += unicode;
                     LoopCondition:
                         if (iterator.MoveNext())
                         {
                             goto LoopBody;
                         }
                     }
                     finally
                     {
                         if (doFinallyBodies && iterator != null)
                         {
                             iterator.Dispose();
                         }
                     }

                     // After the loop
                     YieldAwaitable.YieldAwaiter localYieldAwaiter = Task.Yield().GetAwaiter();
                     if (localYieldAwaiter.IsCompleted)
                     {
                         goto SecondAwaitCompletion;
                     }
                     state = ;
                     yieldAwaiter = localYieldAwaiter;
                     builder.AwaitUnsafeOnCompleted(ref localYieldAwaiter, ref this);
                     doFinallyBodies = false;
                     return;

                 SecondAwaitContinuation:
                     localYieldAwaiter = yieldAwaiter;
                     yieldAwaiter = default(YieldAwaitable.YieldAwaiter);
                     state = -;
                     SecondAwaitCompletion:
                     localYieldAwaiter.GetResult();
                     localYieldAwaiter = default(YieldAwaitable.YieldAwaiter);
                     result = total;
                 }
                 catch (Exception ex)
                 {
                     state = -;
                     builder.SetException(ex);
                     return;
                 }
             Done:
                 state = -;
                 builder.SetResult(result);
             }

             [DebuggerHidden]
             void IAsyncStateMachine.SetStateMachine(IAsyncStateMachine machine)
             {
                 builder.SetStateMachine(machine);
             }
         }
     }