Generator

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”）。

function* helloWorldGenerator() {
  yield 'hello';
  yield 'world';
  return 'ending';
}

var hw = helloWorldGenerator();

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。

hw.next()
// { value: 'hello', done: false }

hw.next()
// { value: 'world', done: false }

hw.next()
// { value: 'ending', done: true }

hw.next()
// { value: undefined, done: true }

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。

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。本书也采用这种写法。

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。

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。

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。

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。

function* f() {
  console.log('执行了！')
}

var generator = f();

setTimeout(function () {
  generator.next()
}, 2000);

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。

(function (){
  yield 1;
})()
// SyntaxError: Unexpected number

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。

var arr = [1, [[2, 3], 4], [5, 6]];

var flat = function* (a) {
  a.forEach(function (item) {
    if (typeof item !== 'number') {
      yield* flat(item);
    } else {
      yield item;
    }
  });
};

for (var f of flat(arr)){
  console.log(f);
}

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。

var arr = [1, [[2, 3], 4], [5, 6]];

var flat = function* (a) {
  var length = a.length;
  for (var i = 0; i < length; i++) {
    var item = a[i];
    if (typeof item !== 'number') {
      yield* flat(item);
    } else {
      yield item;
    }
  }
};

for (var f of flat(arr)) {
  console.log(f);
}
// 1, 2, 3, 4, 5, 6

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。

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。

function* f() {
  for(var i = 0; true; i++) {
    var reset = yield i;
    if(reset) { i = -1; }
  }
}

var g = f();

g.next() // { value: 0, done: false }
g.next() // { value: 1, done: false }
g.next(true) // { value: 0, done: false }

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。

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 }

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。

function* dataConsumer() {
  console.log('Started');
  console.log(`1. ${yield}`);
  console.log(`2. ${yield}`);
  return 'result';
}

let genObj = dataConsumer();
genObj.next();
// Started
genObj.next('a')
// 1. a
genObj.next('b')
// 2. b

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。

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。

function *foo() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
  yield 4;
  yield 5;
  return 6;
}

for (let v of foo()) {
  console.log(v);
}
// 1 2 3 4 5

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。

function* fibonacci() {
  let [prev, curr] = [0, 1];
  for (;;) {
    [prev, curr] = [curr, prev + curr];
    yield 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。

function* objectEntries(obj) {
  let propKeys = Reflect.ownKeys(obj);

  for (let propKey of propKeys) {
    yield [propKey, obj[propKey]];
  }
}

let jane = { first: 'Jane', last: 'Doe' };

for (let [key, value] of objectEntries(jane)) {
  console.log(`${key}: ${value}`);
}
// first: Jane
// last: Doe

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。

function* objectEntries() {
  let propKeys = Object.keys(this);

  for (let propKey of propKeys) {
    yield [propKey, this[propKey]];
  }
}

let jane = { first: 'Jane', last: 'Doe' };

jane[Symbol.iterator] = objectEntries;

for (let [key, value] of jane) {
  console.log(`${key}: ${value}`);
}
// first: Jane
// last: Doe

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。

function* numbers () {
  yield 1
  yield 2
  return 3
  yield 4
}

// 扩展运算符
[...numbers()] // [1, 2]

// Array.from 方法
Array.from(numbers()) // [1, 2]

// 解构赋值
let [x, y] = numbers();
x // 1
y // 2

// for...of 循环
for (let n of numbers()) {
  console.log(n)
}
// 1
// 2

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。

function* gen() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
}

var g = gen();

g.next()        // { value: 1, done: false }
g.return('foo') // { value: "foo", done: true }
g.next()        // { value: undefined, done: true }

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。

function* gen() {
  yield 1;
  yield 2;
  yield 3;
}

var g = gen();

g.next()        // { value: 1, done: false }
g.return() // { value: undefined, done: true }

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。

next()、return() 的共同点

next()、return()这两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。

const g = function* (x, y) {
  let result = yield x + y;
  return result;
};

const gen = g(1, 2);
gen.next(); // Object {value: 3, done: false}

gen.next(1); // Object {value: 1, done: true}
// 相当于将 let result = yield x + y
// 替换成 let result = 1;

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。

return()是将yield表达式替换成一个return语句。

gen.return(2); // Object {value: 2, done: true}
// 相当于将 let result = yield x + y
// 替换成 let result = return 2;

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。

function* foo() {
  yield 'a';
  yield 'b';
}

function* bar() {
  yield 'x';
  foo();
  yield 'y';
}

for (let v of bar()){
  console.log(v);
}
// "x"
// "y"

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。

function* bar() {
  yield 'x';
  yield* foo();
  yield 'y';
}

// 等同于
function* bar() {
  yield 'x';
  yield 'a';
  yield 'b';
  yield 'y';
}

// 等同于
function* bar() {
  yield 'x';
  for (let v of foo()) {
    yield v;
  }
  yield 'y';
}

for (let v of bar()){
  console.log(v);
}
// "x"
// "a"
// "b"
// "y"

再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"

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。

let delegatedIterator = (function* () {
  yield 'Hello!';
  yield 'Bye!';
}());

let delegatingIterator = (function* () {
  yield 'Greetings!';
  yield* delegatedIterator;
  yield 'Ok, bye.';
}());

for(let value of delegatingIterator) {
  console.log(value);
}
// "Greetings!
// "Hello!"
// "Bye!"
// "Ok, bye."

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。

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。

function* gen(){
  yield* ["a", "b", "c"];
}

gen().next() // { value:"a", done:false }

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。

let read = (function* () {
  yield 'hello';
  yield* 'hello';
})();

read.next().value // "hello"
read.next().value // "h"

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。

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。

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() {
    ···
  }
};

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。

let obj = {
  myGeneratorMethod: function* () {
    // ···
  }
};

Generator 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。

function* g() {
  this.a = 11;
}

let obj = g();
obj.a // undefined

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。

function* F() {
  yield this.x = 2;
  yield this.y = 3;
}

new F()
// TypeError: F is not a constructor

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。

function* F() {
  this.a = 1;
  yield this.b = 2;
  yield this.c = 3;
}
var obj = {};
var f = F.call(obj);

f.next();  // Object {value: 2, done: false}
f.next();  // Object {value: 3, done: false}
f.next();  // Object {value: undefined, done: true}

obj.a // 1
obj.b // 2
obj.c // 3

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。

function* F() {
  this.a = 1;
  yield this.b = 2;
  yield this.c = 3;
}
var f = F.call(F.prototype);

f.next();  // Object {value: 2, done: false}
f.next();  // Object {value: 3, done: false}
f.next();  // Object {value: undefined, done: true}

f.a // 1
f.b // 2
f.c // 3

再将F改成构造函数，就可以对它执行new命令了。

function* gen() {
  this.a = 1;
  yield this.b = 2;
  yield this.c = 3;
}

function F() {
  return gen.call(gen.prototype);
}

var f = new F();

f.next();  // Object {value: 2, done: false}
f.next();  // Object {value: 3, done: false}
f.next();  // Object {value: undefined, done: true}

f.a // 1
f.b // 2
f.c // 3