深入浅出！从语义角度分析隐藏在Unity协程背后的原理

Unity的协程使用起来比较方便，但是由于其封装和隐藏了太多细节，使其看起来比较神秘。比如协程是否是真正的异步执行？协程与线程到底是什么关系？本文将从语义角度来分析隐藏在协程背后的原理，并使用C++来实现一个简单的协程，以揭开协程的神秘面纱。（文内代码为截图，可点击放大查看。）

一、什么是协程

简单来说，协程是一个有多个返回点的函数。一般来说一个函数只有一个返回点，函数的调用者调用一次后，函数的生命周期就结束了。而对于协程来说，其生命周期由调用者来决定，可以通过返回值来决定如何进行一次调用以及如何结束调用。

由于协程返回的是一系列的值，每一个yield return对应一次返回。用迭代器作为返回类型是比较好的选择，可以简单的认为每一个yield return对于了迭代器中的一个元素。

Unity的C#代码中一个协程的返回值通常是IEnumerator类型，IEnumerator 接口有两个方法，分别是 Current 和 MoveNext。我们可以简单的认为：协程就是一个返回迭代器的函数，一开始迭代器的Current指向函数的开头，每执行一次MoveNext，Current就指向下一个yield return 返回的值。例如：

二、协程的核心，神奇的yield

我们来看看上而代码示例中的函数coroutine:

上面代码神奇的地方在于关键词yield，为什么可以调用多次yield return返回一组值，并且该函数的返回值变成了Enumerator类型？这其实就是隐藏在协程背后的核心原理。有很多关于协程的核心原理的分析及实现的文章，大多都是从系统底层的角度来分析，使用了汇编，goto语句或者是C 语言的 setjmp 和 longjmp来实现了协程，虽然分析得比较透彻，但对读者所掌握的知识要求比较高，其中的一些概念比较晦涩，难于理解。

实际上从语义角度来看，协程的工作原理比较简单，任何支持闭包的语言都可以实现协程。下面我们从语义的角度来解释协程：

1.每一个yield return被包装成一个函数（简称为Y函数），如果该函数使用了外层的局部变量，将形成一个闭包

2.Y函数的返回值为yield传入的对象和下一个yield return所包装成的函数

3.对迭代器的MoveNext调用等价于对Y函数的调用

4.最后一个yield return包装成的Y函数返回yield传入的对象和一个空函数以代表迭代结束(即调用MoveNext时返回false)

三、简单协程的C++实现

以下是根据协程在语义上的解释，用C++的实现一个简单协程示例：

一共不到60行代码，就实现了简单的协程。对于上示例中的coroutine函数，除了语法上有一些差异，语义已经和C#的协程完全一协了，甚至我们可以引入一个宏让其长得更像C#的协程，例如：

虽然以上代码段看起来已经比较像Unity的协程了，但是遗憾的是代码还不够简洁，有一点点语法噪音（函数的结尾部分多了一些没意义的括号）语法也不够统一（最后一行是return yield）。

四、For循环

第三节我们讲了协程的简单的实现，但是如果我们如果在for循环中使用yield还存在问题，比如以下代码段：

coroutine1函数返回的迭代器中只包含一个值1，而不是我们期望的1~10。因此对于协程中的循环我们需要特殊处理。分析以上代码，我们期望的是对于循环中的每一个i,调用yield生成一个coroutine node,然后将这些node合并成一个链表返回。因此我们可以将协程中的for语句翻译成一个For函数，代码如下：

Combine函数实现将两个Coroutine Node连接在一起合并成一个链表返回，其定义代码如下：

有了For函数，可以将coroutine1实现可以改成如下：

虽然在语法上该函数有一些丑，但是是从语义上完全是等价以下C#代码的：

以下是一个更加复杂的示例：

语义上等价的C#代码为：

五、总结

本文从语义的角度来解释了协程的运行机制，并使用C++实现了简单的协程，但仍有部分内容未讨论到，比如怎样在For循环中实现break,yield break等，其实要实现这些并不困难，感兴趣的同学可以自行去研究。

回到引言中提到的两个问题：

协程是否为异步执行？严格意义上来讲，协程并不是异步执行的，但是调用者可以分时间片去执行每一个yield,让程序看起来像是异步的。协程和线程是什么关系？协程与线程之间没有严格的对应关系，但是可以结合使用，隐藏一些不必要的细节以简化编程，比如unity的WWW。

来源：公众号<Gad-腾讯游戏开发者平台>

作者：Tseclam

原题：程序|深入浅出！从语义角度分析隐藏在Unity协程背后的原理

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