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举例详解Lua中的协同程序编程

协同程序允许函数以可控方式交替执行,同一时刻仅一个协程运行,通过resume启动、yield主动暂停并传参。示例展示协程创建、参数传递及返回值机制,循环生成数字时协程耗尽可自动重建。协程非并发,但能精确控制执行顺序并保存中间状态。

本文目录

    首先要搞清楚一个基本概念:协程(协同程序)本质上是一种程序控制机制,它允许两个或更多的函数方法以可控制的方式交替执行。关键点在于,在任何给定的时刻,只有一个协程在运行——正在运行的协程只有在主动要求暂停时,才会把执行权交出去。

    这个定义乍看有点绕?换个更直观的说法:假设我们有主程序和协程两个角色。当我们调用 resume 来启动协程,它就开始执行;当它执行到 yield 时,就主动暂停,把控制权还给调用方。下次再调用 resume,协程会从刚才暂停的地方接着往下跑。这个过程可以一直持续,直到协程执行完毕。

    协程可用的功能

    下表列出了 Lua 中协程相关的全部函数及其用途:

    2015529101326508.jpg (648×454)

    举个具体的例子

    直接上代码,通过运行结果来理解协程的工作流程:

    co = coroutine.create(function (value1,value2)
        local tempvar3 =10
        print("coroutine section 1", value1, value2, tempvar3)
        local tempvar1 = coroutine.yield(value1+1,value2+1)
        tempvar3 = tempvar3 + value1
        print("coroutine section 2",tempvar1 ,tempvar2, tempvar3)
        local tempvar1, tempvar2= coroutine.yield(value1+value2, value1-value2)
        tempvar3 = tempvar3 + value1
        print("coroutine section 3",tempvar1,tempvar2, tempvar3)
        return value2, "end"
    end)
    
    print("main", coroutine.resume(co, 3, 2))
    print("main", coroutine.resume(co, 12,14))
    print("main", coroutine.resume(co, 5, 6))
    print("main", coroutine.resume(co, 10, 20))

    运行输出:

    coroutine section 1 3 2 10
    main true 4 3
    coroutine section 2 12 nil 13
    main true 5 1
    coroutine section 3 5 6 16
    main true 2 end
    main false cannot resume dead coroutine

    这段代码到底在做什么?

    从头捋一遍:我们用 resume 启动协程,用 yield 让它暂停。注意,每次 resume 调用都能收到多个返回值,这正是协程灵活性的体现。

    • 首先创建一个协程,并赋值给变量 co,它需要两个参数。
    • 第一次调用 resume(co, 3, 2) 时,传入的值 3 和 2 分别赋给 value1 和 value2,这个赋值会一直保持到协程结束。
    • 为了更清楚地看到变量的变化,我们初始化了 tempvar3 = 10。后续执行中,由于 value1 始终为 3,tempvar3 会依次变成 13 和 16。
    • 第一个 yield 返回了两个值:4 和 3(由 value1+1, value2+1 得出)。同时,resume 还会收到一个布尔值表示协程是否正常执行。
    • 看到没有?yield 的返回值来自于下一次 resume 传入的参数。比如第二次 resume(co, 12,14) 中的 12 和 14,会被 yield 赋给变量 tempvar1(和 tempvar2,但这里 tempvar2 未定义所以输出 nil)。这种机制让协程能够在挂起状态下“记住”之前的数据,同时还能接收新的输入,非常强大。
    • 最后,当协程内所有语句都执行完毕后,再次调用 resume 会返回 false 和错误信息 "cannot resume dead coroutine"。

    另一个典型用例:循环生成数字

    下面这个协程每次调用返回一个 1 到 5 之间的数字,用完了就重新创建协程继续:

    function getNumber()
        local function getNumberHelper()
            co = coroutine.create(function ()
                coroutine.yield(1)
                coroutine.yield(2)
                coroutine.yield(3)
                coroutine.yield(4)
                coroutine.yield(5)
            end)
            return co
        end
        if(numberHelper) then
            status, number = coroutine.resume(numberHelper);
            if coroutine.status(numberHelper) == "dead" then
                numberHelper = getNumberHelper()
                status, number = coroutine.resume(numberHelper);
            end
            return number
        else
            numberHelper = getNumberHelper()
            status, number = coroutine.resume(numberHelper);
            return number
        end
    end
    for index = 1, 10 do
        print(index, getNumber())
    end

    输出结果:

    1 1
    2 2
    3 3
    4 4
    5 5
    6 1
    7 2
    8 3
    9 4
    10 5

    可以看到,每 5 次调用后,协程“耗尽”,然后自动重建,继续循环输出 1~5。

    很多人会把协程和多线程编程中的线程做比较,但必须明确:协程虽然拥有类似线程的“暂停-恢复”能力,但同一时间只有一个在执行,它并不会并发运行。协程的核心价值在于让我们精确控制程序的执行顺序,同时保存必要的中间状态。如果再配合全局变量,协程的灵活性还能进一步提升——这也是 Lua 中实现协作式任务调度的基础。

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