C#代碼協同執行的支持機制

幾個月前我曾大致分析過 C# 2.0 中 iterator block 機制的實現原理，《C# 2.0 中Iterators的改進與實現原理淺析》，文中簡要介紹了 C# 2.0 是如何在不修改 CLR 的前提下由編譯器，通過有限狀態機來實現 iterator block 中 yield 關鍵字。實際上，這一機制的最終目的是提供一個C#代碼協同執行的支持機制。

using System.Collections.Generic;  
 
public class Tokens : IEnumerable<string> 
{  
public IEnumerator<string> GetEnumerator()  
{  
for(int i = 0; i<elements.Length; i++)  
yield elements[i];  
}  
 
}  
 
foreach (string item in new Tokens())  
{  
Console.WriteLine(item);  
}  

在這段代碼執行過程中，foreach 的循環體和 GetEnumerator 函數體實際上是在同一個線程中交替執行的。這是一種介于線程和順序執行之間的協同執行模式，之所以稱之為協同（Coroutine），是因為同時執行的多個代碼塊之間的調度是由邏輯隱式協同完成的。順序執行無所謂并行性，而線程往往是由系統調度程序強制性搶先切換，相對來說Win3.x 中的獨占式多任務倒是與協同模型比較類似。
就協同執行而言，從功能上可以分為行為、控制兩部分，控制又可進一步細分為控制邏輯和控制狀態。行為對應著如何處理目標對象，如上述代碼中：行為就是將目標對象打印到控制臺；控制則是如何遍歷這個 elements 數組，可進一步細分為控制邏輯（順序遍歷）和控制狀態（當前遍歷到哪個元素）。下面將按照這個邏輯介紹不同語言中如何實現和模擬這些邏輯。

以 Ruby 語言（語法類似 Python）介紹了 Iterator 機制是如何簡化遍歷操作的代碼。實際上中心思想就是將行為與控制分離，由語言層面的支持來降低控制代碼的薄記工作。

deftextfiles(dir)  
Dir.chdir(dir)  
 
Dir["*"].eachdo|entry|  
yielddir+"\"+entryif/^.*.txt$/=~entry  
 
ifFileTest.directory?(entry)  
textfiles(entry){|file|yielddir+"\"+file}  
end  
end  
Dir.chdir("..")  
end  
 
textfiles(“c:\”){|file|  
putsfile  
} 

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 中完全類似的語法實現協同執行支持。

對 C# 1.0 和 C++ 這類不支持協同執行的語言，協同執行過程中的狀態遷移或者說執行緒的調度工作，需要由庫和使用者自行實現，例如 STL 中的迭代器 (iterator) 自身必須保存了與遍歷容器相關的位置信息。例如在 STL 中實現協同執行：

#include<vector> 
#include<algorithm> 
#include<iostream> 
 
//ThefunctionobjectmultipliesanelementbyaFactor  
template<classType> 
classMultValue  
{  
private:  
TypeFactor;//Thevaluetomultiplyby  
public:  
//Constructorinitializesthevaluetomultiplyby  
MultValue(constType&_Val):Factor(_Val){  
}  
 
//Thefunctioncallfortheelementtobemultiplied  
voidoperator()(Type&elem)const  
{  
elem*=Factor;  
}  
};  
 
intmain()  
{  
usingnamespacestd;  
 
vector<int>v1;  
 
//  
 
//Usingfor_eachtomultiplyeachelementbyaFactor  
for_each(v1.begin(),v1.end(),MultValue<int>(-2));  
} 

雖然 STL 較為成功的通過迭代器、算法和謂詞，將此協同執行邏輯中的行為和控制分離，謂詞表現行為(MultValue<int>、迭代器(v1.being(), v1.end())表現控制狀態、算法表現控制邏輯(for_each)，但仍然存在編寫復雜，使用麻煩，并且語義不連冠的問題。以上介紹C#代碼協同執行的支持機制。

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