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概述C#代碼協(xié)同執(zhí)行

C#代碼協(xié)同執(zhí)行的支持機(jī)制

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幾個(gè)月前我曾大致分析過(guò) C# 2.0 中 iterator block 機(jī)制的實(shí)現(xiàn)原理，《C# 2.0 中Iterators的改進(jìn)與實(shí)現(xiàn)原理淺析》，文中簡(jiǎn)要介紹了 C# 2.0 是如何在不修改 CLR 的前提下由編譯器，通過(guò)有限狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn) iterator block 中 yield 關(guān)鍵字。實(shí)際上，這一機(jī)制的最終目的是提供一個(gè)C#代碼協(xié)同執(zhí)行的支持機(jī)制。

 
 
 
    
  
  
  
  1. using System.Collections.Generic;  
    2. 
  
  
  
  2.  
    3. 
  
  
  
  3. public class Tokens : IEnumerable 
    4. 
  
  
  
  4. {  
    5. 
  
  
  
  5. public IEnumerator GetEnumerator()  
    6. 
  
  
  
  6. {  
    7. 
  
  
  
  7. for(int i = 0; i; i++)  
    8. 
  
  
  
  8. yield elements[i];  
    9. 
  
  
  
  9. }  
    10. 
  
  
  
  10.  
    11. 
  
  
  
  11. }  
    12. 
  
  
  
  12.  
    13. 
  
  
  
  13. foreach (string item in new Tokens())  
    14. 
  
  
  
  14. {  
    15. 
  
  
  
  15. Console.WriteLine(item);  
    16. 
  
  
  
  16. }  
    17.

在這段代碼執(zhí)行過(guò)程中，foreach 的循環(huán)體和 GetEnumerator 函數(shù)體實(shí)際上是在同一個(gè)線程中交替執(zhí)行的。這是一種介于線程和順序執(zhí)行之間的協(xié)同執(zhí)行模式，之所以稱之為協(xié)同（Coroutine），是因?yàn)橥瑫r(shí)執(zhí)行的多個(gè)代碼塊之間的調(diào)度是由邏輯隱式協(xié)同完成的。順序執(zhí)行無(wú)所謂并行性，而線程往往是由系統(tǒng)調(diào)度程序強(qiáng)制性搶先切換，相對(duì)來(lái)說(shuō)Win3.x 中的獨(dú)占式多任務(wù)倒是與協(xié)同模型比較類似。
就協(xié)同執(zhí)行而言，從功能上可以分為行為、控制兩部分，控制又可進(jìn)一步細(xì)分為控制邏輯和控制狀態(tài)。行為對(duì)應(yīng)著如何處理目標(biāo)對(duì)象，如上述代碼中：行為就是將目標(biāo)對(duì)象打印到控制臺(tái)；控制則是如何遍歷這個(gè) elements 數(shù)組，可進(jìn)一步細(xì)分為控制邏輯（順序遍歷）和控制狀態(tài)（當(dāng)前遍歷到哪個(gè)元素）。下面將按照這個(gè)邏輯介紹不同語(yǔ)言中如何實(shí)現(xiàn)和模擬這些邏輯。

以 Ruby 語(yǔ)言（語(yǔ)法類似 Python）介紹了 Iterator 機(jī)制是如何簡(jiǎn)化遍歷操作的代碼。實(shí)際上中心思想就是將行為與控制分離，由語(yǔ)言層面的支持來(lái)降低控制代碼的薄記工作。

 
 
 
    
  
  
  
  1. deftextfiles(dir)  
    2. 
  
  
  
  2. Dir.chdir(dir)  
    3. 
  
  
  
  3.  
    4. 
  
  
  
  4. Dir["*"].eachdo|entry|  
    5. 
  
  
  
  5. yielddir+"\"+entryif/^.*.txt$/=~entry  
    6. 
  
  
  
  6.  
    7. 
  
  
  
  7. ifFileTest.directory?(entry)  
    8. 
  
  
  
  8. textfiles(entry){|file|yielddir+"\"+file}  
    9. 
  
  
  
  9. end  
    10. 
  
  
  
  10. end  
    11. 
  
  
  
  11. Dir.chdir("..")  
    12. 
  
  
  
  12. end  
    13. 
  
  
  
  13.  
    14. 
  
  
  
  14. textfiles(“c:\”){|file|  
    15. 
  
  
  
  15. putsfile  
    16. 
  
  
  
  16. } 
    17.

例如上面這段 Ruby 的遞歸目錄處理代碼中，就采用了與 C# 2.0 中完全類似的語(yǔ)法實(shí)現(xiàn)協(xié)同執(zhí)行支持。

對(duì) C# 1.0 和 C++ 這類不支持協(xié)同執(zhí)行的語(yǔ)言，協(xié)同執(zhí)行過(guò)程中的狀態(tài)遷移或者說(shuō)執(zhí)行緒的調(diào)度工作，需要由庫(kù)和使用者自行實(shí)現(xiàn)，例如 STL 中的迭代器 (iterator) 自身必須保存了與遍歷容器相關(guān)的位置信息。例如在 STL 中實(shí)現(xiàn)協(xié)同執(zhí)行：

 
 
 
    
  
  
  
  1. #include 
    2. 
  
  
  
  2. #include 
    3. 
  
  
  
  3. #include 
    4. 
  
  
  
  4.  
    5. 
  
  
  
  5. //ThefunctionobjectmultipliesanelementbyaFactor  
    6. 
  
  
  
  6. template 
    7. 
  
  
  
  7. classMultValue  
    8. 
  
  
  
  8. {  
    9. 
  
  
  
  9. private:  
    10. 
  
  
  
  10. TypeFactor;//Thevaluetomultiplyby  
    11. 
  
  
  
  11. public:  
    12. 
  
  
  
  12. //Constructorinitializesthevaluetomultiplyby  
    13. 
  
  
  
  13. MultValue(constType&_Val):Factor(_Val){  
    14. 
  
  
  
  14. }  
    15. 
  
  
  
  15.  
    16. 
  
  
  
  16. //Thefunctioncallfortheelementtobemultiplied  
    17. 
  
  
  
  17. voidoperator()(Type&elem)const  
    18. 
  
  
  
  18. {  
    19. 
  
  
  
  19. elem*=Factor;  
    20. 
  
  
  
  20. }  
    21. 
  
  
  
  21. };  
    22. 
  
  
  
  22.  
    23. 
  
  
  
  23. intmain()  
    24. 
  
  
  
  24. {  
    25. 
  
  
  
  25. usingnamespacestd;  
    26. 
  
  
  
  26.  
    27. 
  
  
  
  27. vectorv1;  
    28. 
  
  
  
  28.  
    29. 
  
  
  
  29. //  
    30. 
  
  
  
  30.  
    31. 
  
  
  
  31. //Usingfor_eachtomultiplyeachelementbyaFactor  
    32. 
  
  
  
  32. for_each(v1.begin(),v1.end(),MultValue(-2));  
    33. 
  
  
  
  33. } 
    34.

雖然 STL 較為成功的通過(guò)迭代器、算法和謂詞，將此協(xié)同執(zhí)行邏輯中的行為和控制分離，謂詞表現(xiàn)行為(MultValue、迭代器(v1.being(), v1.end())表現(xiàn)控制狀態(tài)、算法表現(xiàn)控制邏輯(for_each)，但仍然存在編寫(xiě)復(fù)雜，使用麻煩，并且語(yǔ)義不連冠的問(wèn)題。以上介紹C#代碼協(xié)同執(zhí)行的支持機(jī)制。

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