ES6笔记-15 Generator 函数的语法

15 Generator 函数的语法

15.1 简介

基本概念

• Generator 函数是 ES6 提供的一种异步编程解决方案。语法上，可以把它理解成是一个状态机，封装了多个内部状态。
• 执行 Generator 函数会返回一个遍历器对象。
• 形式上，Generator 函数是一个普通函数，但是有两个特征。一是，function关键字与函数名之间有一个星号；二是，函数体内部使用yield表达式，定义不同的内部状态（yield在英语里的意思就是“产出”）。
• 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。
• ES6 没有规定，function关键字与函数名之间的星号，写在哪个位置。这导致下面的写法都能通过。

function * foo(x, y) { ··· }
function *foo(x, y) { ··· }
function* foo(x, y) { ··· }
function*foo(x, y) { ··· }

由于 Generator 函数仍然是普通函数，所以一般的写法是上面的第三种，即星号紧跟在function关键字后面。

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。
• 需要注意的是，yield表达式后面的表达式，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。

• Generator 函数可以不用yield表达式，这时就变成了一个单纯的暂缓执行函数。
• 另外需要注意，yield表达式只能用在 Generator 函数里面，用在其他地方都会报错。
• 另外，yield表达式如果用在另一个表达式之中，必须放在圆括号里面。

function* demo() {
  console.log('Hello' + yield); // SyntaxError
  console.log('Hello' + yield 123); // SyntaxError

  console.log('Hello' + (yield)); // OK
  console.log('Hello' + (yield 123)); // OK
}

• yield表达式用作函数参数或放在赋值表达式的右边，可以不加括号。

function* demo() {
  foo(yield 'a', yield 'b'); // OK
  let 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生成函数，调用该函数会返回该对象的一个遍历器对象。
• 由于 Generator 函数就是遍历器生成函数，因此可以把 Generator 赋值给对象的Symbol.iterator属性，从而使得该对象具有 Iterator 接口。

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

[...myIterable] // [1, 2, 3]

上面代码中，Generator 函数赋值给Symbol.iterator属性，从而使得myIterable对象具有了 Iterator 接口，可以被…运算符遍历了。

• Generator 函数执行后，返回一个遍历器对象。该对象本身也具有Symbol.iterator 属性，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。

15.2 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。
• 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。

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:true}

var b = foo(5);
b.next() // { value:6, done:false }
b.next(12) // { value:8, done:false }
b.next(13) // { value:42, done:true }

• 注意，由于next方法的参数表示上一个yield表达式的返回值，所以在第一次使用next方法时，传递参数是无效的。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。从语义上讲，第一个next方法用来启动遍历器对象，所以不用带有参数。

15.3 for……of 循环

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

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 (;;) {
    yield curr;
    [prev, curr] = [curr, prev + 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。

• 利用for…of循环，可以写出遍历任意对象（object）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。
• 除了for…of循环以外，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，它们都可以将 Generator 函数返回的 Iterator 对象，作为参数。

15.4 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* () {
  try {
    yield;
  } catch (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

• throw方法抛出的错误要被内部捕获，前提是必须至少执行过一次next方法。
• throw方法被捕获以后，会附带执行下一条yield表达式。也就是说，会附带执行一次next方法。
• Generator 函数体外抛出的错误，可以在函数体内捕获；反过来，Generator 函数体内抛出的错误，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，且没有被内部捕获，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。

15.5 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。
• 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() // { value: 1, done: false }
g.next() // { value: 2, done: false }
g.return(7) // { value: 4, done: false }
g.next() // { value: 5, done: false }
g.next() // { value: 7, done: true }

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。

15.6 next()、throw()、return() 的共同点

• next()、throw()、return()这三个方法本质上是同一件事，可以放在一起理解。它们的作用都是让 Generator 函数恢复执行，并且使用不同的语句替换yield表达式。

15.7 yield* 表达式

• 如果在 Generator 函数内部，调用另一个 Generator 函数，默认情况下是没有效果的。这个就需要用到yield*表达式，用来在一个 Generator 函数里面执行另一个 Generator 函数。

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"

• 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。
• 实际上，任何数据结构只要有 Iterator 接口，就可以被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。

15.8 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() {
    ···
  }
};

15.9 函数的 this

• Generator 函数总是返回一个遍历器，ES6 规定这个遍历器是 Generator 函数的实例，也继承了 Generator 函数的prototype对象上的方法。

function* g() {}

g.prototype.hello = function () {
  return 'hi!';
};

let obj = g();

obj instanceof g // true
obj.hello() // 'hi!'

上面代码表明，Generator 函数g返回的遍历器obj，是g的实例，而且继承了g.prototype。但是，如果把g当作普通的构造函数，并不会生效，因为g返回的总是遍历器对象，而不是this对象。

• Generator 函数也不能跟new命令一起用，会报错。

http://es6.ruanyifeng.com/#docs/generator#Generator-函数的this

15.10 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) {
    console.log('Tick!');
    yield;
    console.log('Tock!');
    yield;
  }
};

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

http://es6.ruanyifeng.com/#docs/generator#Generator-与协程

Generator 与上下文

• JavaScript 代码运行时，会产生一个全局的上下文环境（context，又称运行环境），包含了当前所有的变量和对象。然后，执行函数（或块级代码）的时候，又会在当前上下文环境的上层，产生一个函数运行的上下文，变成当前（active）的上下文，由此形成一个上下文环境的堆栈（context stack）。

这个堆栈是“后进先出”的数据结构，最后产生的上下文环境首先执行完成，退出堆栈，然后再执行完成它下层的上下文，直至所有代码执行完成，堆栈清空。

Generator 函数不是这样，它执行产生的上下文环境，一旦遇到yield命令，就会暂时退出堆栈，但是并不消失，里面的所有变量和对象会冻结在当前状态。等到对它执行next命令时，这个上下文环境又会重新加入调用栈，冻结的变量和对象恢复执行。

function* gen() {
  yield 1;
  return 2;
}

let g = gen();

console.log(
  g.next().value,
  g.next().value,
);

上面代码中，第一次执行g.next()时，Generator 函数gen的上下文会加入堆栈，即开始运行gen内部的代码。等遇到yield 1时，gen上下文退出堆栈，内部状态冻结。第二次执行g.next()时，gen上下文重新加入堆栈，变成当前的上下文，重新恢复执行。

15.11 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表达式里面，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表达式下面，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UI
loader.next()

// 卸载UI
loader.next()

上面代码中，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（showLoadingScreen），并且异步加载数据（loadUIDataAsynchronously）。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表达式可以手动逐行读取文件。

（2）控制流管理

（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。