JavaScript生成器

JavaScript生成器

JavaScript生成器（Generators）是ES6引入的一种特殊函数，它允许通过控制函数的执行流程来生成一系列值。与普通函数不同，生成器可以暂停和恢复执行，这使得它们非常适合处理异步操作、惰性求值和迭代大型数据集。

基本概念

生成器函数使用function*语法定义，并通过yield关键字暂停执行并返回一个值。调用生成器函数不会立即执行函数体，而是返回一个生成器对象，该对象遵循迭代器协议（Iterator Protocol），可以通过next()方法逐步执行。

语法示例

function* simpleGenerator() {
    yield 'First value';
    yield 'Second value';
    return 'Final value';
}

const generator = simpleGenerator();
console.log(generator.next()); // { value: 'First value', done: false }
console.log(generator.next()); // { value: 'Second value', done: false }
console.log(generator.next()); // { value: 'Final value', done: true }

关键特性

• 暂停与恢复：生成器可以在执行过程中暂停（通过yield）并在之后恢复。
• 惰性求值：值仅在请求时生成，适用于处理无限序列或大型数据流。
• 双向通信：可以通过next(value)向生成器传递参数。

工作原理

生成器通过维护其执行上下文（包括局部变量和指令指针）来实现暂停和恢复。每次调用next()时，生成器从上次暂停的位置继续执行，直到遇到下一个yield或return。

状态图

stateDiagram-v2 [*] --> Created Created --> Yielding: next() Yielding --> Yielding: next() Yielding --> Completed: return Completed --> [*]

实际应用

1. 生成无限序列

生成器非常适合表示无限序列（如斐波那契数列），因为值是按需计算的：

function* fibonacci() {
    let [a, b] = [0, 1];
    while (true) {
        yield a;
        [a, b] = [b, a + b];
    }
}

const fib = fibonacci();
console.log(fib.next().value); // 0
console.log(fib.next().value); // 1
console.log(fib.next().value); // 1
console.log(fib.next().value); // 2

2. 异步流程控制

生成器可用于简化异步代码（常与Promise结合）：

function* asyncGenerator() {
    const result = yield fetch('https://api.example.com/data');
    console.log(result);
}

function runAsync(generator) {
    const iterator = generator();
    function handleNext(iteratorResult) {
        if (iteratorResult.done) return;
        iteratorResult.value
            .then(res => res.json())
            .then(data => handleNext(iterator.next(data)));
    }
    handleNext(iterator.next());
}

runAsync(asyncGenerator);

3. 实现自定义迭代器

生成器简化了迭代器模式的实现：

const obj = {
    *[Symbol.iterator]() {
        yield 1;
        yield 2;
        yield 3;
    }
};

for (const val of obj) {
    console.log(val); // 1, 2, 3
}

高级特性

yield* 委托

yield*允许生成器委托给另一个可迭代对象：

function* generatorA() {
    yield 'A1';
    yield 'A2';
}

function* generatorB() {
    yield 'B1';
    yield* generatorA();
    yield 'B2';
}

console.log([...generatorB()]); // ['B1', 'A1', 'A2', 'B2']

错误处理

可以通过throw()方法向生成器抛出错误：

function* errorHandling() {
    try {
        yield 'Normal';
    } catch (e) {
        yield `Caught: ${e}`;
    }
}

const gen = errorHandling();
console.log(gen.next()); // { value: 'Normal', done: false }
console.log(gen.throw('Error!')); // { value: 'Caught: Error!', done: false }

数学表达

生成器的暂停/恢复行为可以用状态机表示。设生成器的状态为$S_n$，则： $S_{n+1}=\{\begin{array}{ll}\text{yield }v& \text{if }{S}_n\text{ reaches yield}\\ \text{return }v& \text{if }{S}_n\text{ reaches return}\end{array}$

总结

JavaScript生成器提供了：

• 按需生成值的惰性计算能力
• 更清晰的异步代码控制流
• 简化迭代器实现的语法糖
• 与其他语言特性（如async/await）的深度集成

虽然现代JavaScript中async/await更常用于处理异步操作，但生成器仍然是处理复杂控制流、数据流和状态管理的强大工具。