15.Generator 函数的语法

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。本章详细介绍 Generator 函数的语法和 API，它的异步编程应用请看《Generator 函数的异步应用》一章。

Generator 函数有多种理解角度。从语法上，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。

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”）。

上面代码定义了一个 Generator 函数helloWorldGenerator，它内部有两个yield表达式（hello和world），即该函数有三个状态：hello，world 和 return 语句（结束执行）。

然后，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。

上面代码一共调用了四次next方法。

第一次调用，Generator 函数开始执行，直到遇到第一个yield表达式为止。next方法返回一个对象，它的value属性就是当前yield表达式的值hello，done属性的值false，表示遍历还没有结束。

第二次调用，Generator 函数从上次yield表达式停下的地方，一直执行到下一个yield表达式。next方法返回的对象的value属性就是当前yield表达式的值world，done属性的值false，表示遍历还没有结束。

第三次调用，Generator 函数从上次yield表达式停下的地方，一直执行到return语句（如果没有return语句，就执行到函数结束）。next方法返回的对象的value属性，就是紧跟在return语句后面的表达式的值（如果没有return语句，则value属性的值为undefined），done属性的值true，表示遍历已经结束。

第四次调用，此时 Generator 函数已经运行完毕，next方法返回对象的value属性为undefined，done属性为true。以后再调用next方法，返回的都是这个值。

总结一下，调用 Generator 函数，返回一个遍历器对象，代表 Generator 函数的内部指针。以后，每次调用遍历器对象的next方法，就会返回一个有着value和done两个属性的对象。value属性表示当前的内部状态的值，是yield表达式后面那个表达式的值；done属性是一个布尔值，表示是否遍历结束。

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。

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。本书也采用这种写法。

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。

遍历器对象的next方法的运行逻辑如下。

（1）遇到yield表达式，就暂停执行后面的操作，并将紧跟在yield后面的那个表达式的值，作为返回的对象的value属性值。

（2）下一次调用next方法时，再继续往下执行，直到遇到下一个yield表达式。

（3）如果没有再遇到新的yield表达式，就一直运行到函数结束，直到return语句为止，并将return语句后面的表达式的值，作为返回的对象的value属性值。

（4）如果该函数没有return语句，则返回的对象的value属性值为undefined。

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。

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。

yield表达式与return语句既有相似之处，也有区别。相似之处在于，都能返回紧跟在语句后面的那个表达式的值。区别在于每次遇到yield，函数暂停执行，下一次再从该位置继续向后执行，而return语句不具备位置记忆的功能。一个函数里面，只能执行一次（或者说一个）return语句，但是可以执行多次（或者说多个）yield表达式。正常函数只能返回一个值，因为只能执行一次return；Generator 函数可以返回一系列的值，因为可以有任意多个yield。从另一个角度看，也可以说 Generator 生成了一系列的值，这也就是它的名称的来历（英语中，generator 这个词是“生成器”的意思）。

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。

上面代码中，函数f如果是普通函数，在为变量generator赋值时就会执行。但是，函数f是一个 Generator 函数，就变成只有调用next方法时，函数f才会执行。

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。

上面代码在一个普通函数中使用yield表达式，结果产生一个句法错误。

下面是另外一个例子。

上面代码也会产生句法错误，因为forEach方法的参数是一个普通函数，但是在里面使用了yield表达式（这个函数里面还使用了yield*表达式，详细介绍见后文）。一种修改方法是改用for循环。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

上面代码先定义了一个可以无限运行的 Generator 函数f，如果next方法没有参数，每次运行到yield表达式，变量reset的值总是undefined。当next方法带一个参数true时，变量reset就被重置为这个参数（即true），因此i会等于-1，下一轮循环就会从-1开始递增。

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。

再看一个例子。

上面代码中，第二次运行next方法的时候不带参数，导致 y 的值等于2 * undefined（即NaN），除以 3 以后还是NaN，因此返回对象的value属性也等于NaN。第三次运行Next方法的时候不带参数，所以z等于undefined，返回对象的value属性等于5 + NaN + undefined，即NaN。

如果向next方法提供参数，返回结果就完全不一样了。上面代码第一次调用b的next方法时，返回x+1的值6；第二次调用next方法，将上一次yield表达式的值设为12，因此y等于24，返回y / 3的值8；第三次调用next方法，将上一次yield表达式的值设为13，因此z等于13，这时x等于5，y等于24，所以return语句的值等于42。

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。

再看一个通过next方法的参数，向 Generator 函数内部输入值的例子。

上面代码是一个很直观的例子，每次通过next方法向 Generator 函数输入值，然后打印出来。

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。

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。

上面代码使用for...of循环，依次显示 5 个yield表达式的值。这里需要注意，一旦next方法的返回对象的done属性为true，for...of循环就会中止，且不包含该返回对象，所以上面代码的return语句返回的6，不包括在for...of循环之中。

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。

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。

上面代码中，对象jane原生不具备 Iterator 接口，无法用for...of遍历。这时，我们通过 Generator 函数objectEntries为它加上遍历器接口，就可以用for...of遍历了。加上遍历器接口的另一种写法是，将 Generator 函数加到对象的Symbol.iterator属性上面。

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。

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。

上面代码中，遍历器对象i连续抛出两个错误。第一个错误被 Generator 函数体内的catch语句捕获。i第二次抛出错误，由于 Generator 函数内部的catch语句已经执行过了，不会再捕捉到这个错误了，所以这个错误就被抛出了 Generator 函数体，被函数体外的catch语句捕获。

throw方法可以接受一个参数，该参数会被catch语句接收，建议抛出Error对象的实例。

注意，不要混淆遍历器对象的throw方法和全局的throw命令。上面代码的错误，是用遍历器对象的throw方法抛出的，而不是用throw命令抛出的。后者只能被函数体外的catch语句捕获。

上面代码之所以只捕获了a，是因为函数体外的catch语句块，捕获了抛出的a错误以后，就不会再继续try代码块里面剩余的语句了。

如果 Generator 函数内部没有部署try...catch代码块，那么throw方法抛出的错误，将被外部try...catch代码块捕获。

上面代码中，Generator 函数g内部没有部署try...catch代码块，所以抛出的错误直接被外部catch代码块捕获。

如果 Generator 函数内部和外部，都没有部署try...catch代码块，那么程序将报错，直接中断执行。

上面代码中，g.throw抛出错误以后，没有任何try...catch代码块可以捕获这个错误，导致程序报错，中断执行。

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。

上面代码中，g.throw方法被捕获以后，自动执行了一次next方法，所以会打印b。另外，也可以看到，只要 Generator 函数内部部署了try...catch代码块，那么遍历器的throw方法抛出的错误，不影响下一次遍历。

另外，throw命令与g.throw方法是无关的，两者互不影响。

上面代码中，throw命令抛出的错误不会影响到遍历器的状态，所以两次执行next方法，都进行了正确的操作。

这种函数体内捕获错误的机制，大大方便了对错误的处理。多个yield表达式，可以只用一个try...catch代码块来捕获错误。如果使用回调函数的写法，想要捕获多个错误，就不得不为每个函数内部写一个错误处理语句，现在只在 Generator 函数内部写一次catch语句就可以了。

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。

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。

上面代码一共三次运行next方法，第二次运行的时候会抛出错误，然后第三次运行的时候，Generator 函数就已经结束了，不再执行下去了。

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。

上面代码中，遍历器对象g调用return方法后，返回值的value属性就是return方法的参数foo。并且，Generator 函数的遍历就终止了，返回值的done属性为true，以后再调用next方法，done属性总是返回true。

如果return方法调用时，不提供参数，则返回值的value属性为undefined。

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。

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。

网友 vision57 提出，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。

next()是将yield表达式替换成一个值。

上面代码中，第二个next(1)方法就相当于将yield表达式替换成一个值1。如果next方法没有参数，就相当于替换成undefined。

throw()是将yield表达式替换成一个throw语句。

return()是将yield表达式替换成一个return语句。

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。

上面代码中，foo和bar都是 Generator 函数，在bar里面调用foo，是不会有效果的。

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。

再来看一个对比的例子。

上面例子中，outer2使用了yield*，outer1没使用。结果就是，outer1返回一个遍历器对象，outer2返回该遍历器对象的内部值。

从语法角度看，如果yield表达式后面跟的是一个遍历器对象，需要在yield表达式后面加上星号，表明它返回的是一个遍历器对象。这被称为yield*表达式。

上面代码中，delegatingIterator是代理者，delegatedIterator是被代理者。由于yield* delegatedIterator语句得到的值，是一个遍历器，所以要用星号表示。运行结果就是使用一个遍历器，遍历了多个 Generator 函数，有递归的效果。

yield*后面的 Generator 函数（没有return语句时），等同于在 Generator 函数内部，部署一个for...of循环。

上面代码说明，yield*后面的 Generator 函数（没有return语句时），不过是for...of的一种简写形式，完全可以用后者替代前者。反之，在有return语句时，则需要用var value = yield* iterator的形式获取return语句的值。

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。

上面代码中，yield命令后面如果不加星号，返回的是整个数组，加了星号就表示返回的是数组的遍历器对象。

实际上，任何数据结构只要有 Iterator 接口，就可以被yield*遍历。

上面代码中，yield表达式返回整个字符串，yield*语句返回单个字符。因为字符串具有 Iterator 接口，所以被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。

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。

再看一个例子。

上面代码中，存在两次遍历。第一次是扩展运算符遍历函数logReturned返回的遍历器对象，第二次是yield*语句遍历函数genFuncWithReturn返回的遍历器对象。这两次遍历的效果是叠加的，最终表现为扩展运算符遍历函数genFuncWithReturn返回的遍历器对象。所以，最后的数据表达式得到的值等于[ 'a', 'b' ]。但是，函数genFuncWithReturn的return语句的返回值The result，会返回给函数logReturned内部的result变量，因此会有终端输出。

yield*命令可以很方便地取出嵌套数组的所有成员。

下面是一个稍微复杂的例子，使用yield*语句遍历完全二叉树。

如果一个对象的属性是 Generator 函数，可以简写成下面的形式。

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。

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。

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。

上面代码中，Generator 函数g在this对象上面添加了一个属性a，但是obj对象拿不到这个属性。

Generator 函数也不能跟new命令一起用，会报错。

上面代码中，new命令跟构造函数F一起使用，结果报错，因为F不是构造函数。

那么，有没有办法让 Generator 函数返回一个正常的对象实例，既可以用next方法，又可以获得正常的this？

下面是一个变通方法。首先，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。

上面代码中，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。

再将F改成构造函数，就可以对它执行new命令了。

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。

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。

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。

协程（coroutine）是一种程序运行的方式，可以理解成“协作的线程”或“协作的函数”。协程既可以用单线程实现，也可以用多线程实现。前者是一种特殊的子例程，后者是一种特殊的线程。

（1）协程与子例程的差异

传统的“子例程”（subroutine）采用堆栈式“后进先出”的执行方式，只有当调用的子函数完全执行完毕，才会结束执行父函数。协程与其不同，多个线程（单线程情况下，即多个函数）可以并行执行，但是只有一个线程（或函数）处于正在运行的状态，其他线程（或函数）都处于暂停态（suspended），线程（或函数）之间可以交换执行权。也就是说，一个线程（或函数）执行到一半，可以暂停执行，将执行权交给另一个线程（或函数），等到稍后收回执行权的时候，再恢复执行。这种可以并行执行、交换执行权的线程（或函数），就称为协程。

从实现上看，在内存中，子例程只使用一个栈（stack），而协程是同时存在多个栈，但只有一个栈是在运行状态，也就是说，协程是以多占用内存为代价，实现多任务的并行。

（2）协程与普通线程的差异

不难看出，协程适合用于多任务运行的环境。在这个意义上，它与普通的线程很相似，都有自己的执行上下文、可以分享全局变量。它们的不同之处在于，同一时间可以有多个线程处于运行状态，但是运行的协程只能有一个，其他协程都处于暂停状态。此外，普通的线程是抢先式的，到底哪个线程优先得到资源，必须由运行环境决定，但是协程是合作式的，执行权由协程自己分配。

由于 JavaScript 是单线程语言，只能保持一个调用栈。引入协程以后，每个任务可以保持自己的调用栈。这样做的最大好处，就是抛出错误的时候，可以找到原始的调用栈。不至于像异步操作的回调函数那样，一旦出错，原始的调用栈早就结束。

Generator 函数是 ES6 对协程的实现，但属于不完全实现。Generator 函数被称为“半协程”（semi-coroutine），意思是只有 Generator 函数的调用者，才能将程序的执行权还给 Generator 函数。如果是完全执行的协程，任何函数都可以让暂停的协程继续执行。

如果将 Generator 函数当作协程，完全可以将多个需要互相协作的任务写成 Generator 函数，它们之间使用yield表示式交换控制权。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

采用 Promise 改写上面的代码。

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。

然后，使用一个函数，按次序自动执行所有步骤。

注意，上面这种做法，只适合同步操作，即所有的task都必须是同步的，不能有异步操作。因为这里的代码一得到返回值，就继续往下执行，没有判断异步操作何时完成。如果要控制异步的操作流程，详见后面的《异步操作》一章。

下面，利用for...of循环会自动依次执行yield命令的特性，提供一种更一般的控制流管理的方法。

上面代码中，数组steps封装了一个任务的多个步骤，Generator 函数iterateSteps则是依次为这些步骤加上yield命令。

将任务分解成步骤之后，还可以将项目分解成多个依次执行的任务。

上面代码中，数组jobs封装了一个项目的多个任务，Generator 函数iterateJobs则是依次为这些任务加上yield*命令。

最后，就可以用for...of循环一次性依次执行所有任务的所有步骤。

再次提醒，上面的做法只能用于所有步骤都是同步操作的情况，不能有异步操作的步骤。如果想要依次执行异步的步骤，必须使用后面的《异步操作》一章介绍的方法。

for...of的本质是一个while循环，所以上面的代码实质上执行的是下面的逻辑。

利用 Generator 函数，可以在任意对象上部署 Iterator 接口。

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。

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。

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。

实际上，如果用 ES5 表达，完全可以用数组模拟 Generator 的这种用法。

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。