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# Generator 函数
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## 语法
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### 简介
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所谓Generator，有多种理解角度。首先，可以把它理解成一个函数的内部状态的遍历器，每调用一次，函数的内部状态发生一次改变（可以理解成发生某些事件）。ES6引入Generator函数，作用就是可以完全控制函数的内部状态的变化，依次遍历这些状态。
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在形式上，Generator是一个普通函数，但是有两个特征。一是，function命令与函数名之间有一个星号；二是，函数体内部使用yield语句，定义遍历器的每个成员，即不同的内部状态（yield语句在英语里的意思就是“产出”）。
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```javascript
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function* helloWorldGenerator() {
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yield 'hello';
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yield 'world';
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return 'ending';
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}
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var hw = helloWorldGenerator();
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```
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上面代码定义了一个Generator函数helloWorldGenerator，它的遍历器有两个成员“hello”和“world”。调用这个函数，就会得到遍历器。
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当调用Generator函数的时候，该函数并不执行，而是返回一个遍历器（可以理解成暂停执行）。以后，每次调用这个遍历器的next方法，就从函数体的头部或者上一次停下来的地方开始执行（可以理解成恢复执行），直到遇到下一个yield语句为止。也就是说，next方法就是在遍历yield语句定义的内部状态。
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```javascript
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hw.next()
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// { value: 'hello', done: false }
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hw.next()
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// { value: 'world', done: false }
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hw.next()
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// { value: 'ending', done: true }
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hw.next()
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// { value: undefined, done: true }
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```
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上面代码一共调用了四次next方法。
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第一次调用，函数开始执行，直到遇到第一句yield语句为止。next方法返回一个对象，它的value属性就是当前yield语句的值hello，done属性的值false，表示遍历还没有结束。
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第二次调用，函数从上次yield语句停下的地方，一直执行到下一个yield语句。next方法返回的对象的value属性就是当前yield语句的值world，done属性的值false，表示遍历还没有结束。
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第三次调用，函数从上次yield语句停下的地方，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。
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第四次调用，此时函数已经运行完毕，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。
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总结一下，Generator函数使用iterator接口，每次调用next方法的返回值，就是一个标准的iterator返回值：有着value和done两个属性的对象。其中，value是yield语句后面那个表达式的值，done是一个布尔值，表示是否遍历结束。
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上一章说过，任意一个对象的Symbol.iterator属性，等于该对象的遍历器函数，即调用该函数会返回该对象的一个遍历器。由于Generator函数调用后返回自身的遍历器，所以Generator函数就是自身的遍历器函数，即它的Symbol.iterator属性指向自身。
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```javascript
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function* gen(){
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// some code
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}
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gen[Symbol.iterator]() === gen
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// true
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```
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上面代码中，gen是一个Generator函数，它的Symbol.iterator属性就指向它自己。
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由于Generator函数返回的遍历器，只有调用next方法才会遍历下一个成员，所以其实提供了一种可以暂停执行的函数。yield语句就是暂停标志，next方法遇到yield，就会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，作为返回对象的value属性的值。当下一次调用next方法时，再继续往下执行，直到遇到下一个yield语句。如果没有再遇到新的yield语句，就一直运行到函数结束，将return语句后面的表达式的值，作为value属性的值，如果该函数没有return语句，则value属性的值为undefined。另一方面，由于yield后面的表达式，直到调用next方法时才会执行，因此等于为JavaScript提供了手动的“惰性求值”（Lazy Evaluation）的语法功能。
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yield语句与return语句有点像，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语句。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（在英语中，generator这个词是“生成器”的意思）。
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Generator函数可以不用yield语句，这时就变成了一个单纯的暂缓执行函数。
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```javascript
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function* f() {
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console.log('执行了！')
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}
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var generator = f();
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setTimeout(function () {
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generator.next()
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}, 2000);
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```
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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。
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另外需要注意，yield语句不能用在普通函数中，否则会报错。
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```javascript
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(function (){
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yield 1;
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})()
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// SyntaxError: Unexpected number
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```
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上面代码在一个普通函数中使用yield语句，结果产生一个句法错误。
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下面是另外一个例子。
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```javascript
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var arr = [1, [[2, 3], 4], [5, 6]];
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var flat = function* (a){
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a.forEach(function(item){
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if (typeof item !== 'number'){
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yield* flat(item);
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} else {
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yield item;
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}
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}
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};
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for (var f of flat(arr)){
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console.log(f);
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}
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```
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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语句。一种修改方法是改用for循环。
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```javascript
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var arr = [1, [[2, 3], 4], [5, 6]];
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var flat = function* (a){
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var length = a.length;
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for(var i =0;i<length;i++){
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var item = a[i];
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if (typeof item !== 'number'){
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yield* flat(item);
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} else {
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yield item;
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}
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}
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};
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for (var f of flat(arr)){
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console.log(f);
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}
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// 1, 2, 3, 4, 5, 6
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```
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### next方法的参数
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yield语句本身没有返回值，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语句的返回值。
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```javascript
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function* f() {
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for(var i=0; true; i++) {
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var reset = yield i;
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if(reset) { i = -1; }
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}
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}
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var g = f();
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g.next() // { value: 0, done: false }
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g.next() // { value: 1, done: false }
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g.next(true) // { value: 0, done: false }
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```
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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语句，变量reset的值总是undefined。当next方法带一个参数true时，当前的变量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。
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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。
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再看一个例子。
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```javascript
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function* foo(x) {
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var y = 2 * (yield (x + 1));
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var z = yield (y / 3);
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return (x + y + z);
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}
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var it = foo(5);
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it.next()
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// { value:6, done:false }
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it.next(12)
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// { value:8, done:false }
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it.next(13)
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// { value:42, done:true }
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```
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上面代码第一次调用next方法时，返回`x+1`的值6；第二次调用next方法，将上一次yield语句的值设为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语句的值设为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。
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注意，由于next方法的参数表示上一个yield语句的返回值，所以第一次使用next方法时，不能带有参数。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。
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### for...of循环
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for...of循环可以自动遍历Generator函数，且此时不再需要调用next方法。
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```javascript
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function *foo() {
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yield 1;
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yield 2;
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yield 3;
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yield 4;
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yield 5;
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return 6;
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}
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for (let v of foo()) {
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console.log(v);
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}
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// 1 2 3 4 5
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```
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上面代码使用for...of循环，依次显示5个yield语句的值。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。
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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。
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```javascript
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function* fibonacci() {
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let [prev, curr] = [0, 1];
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for (;;) {
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[prev, curr] = [curr, prev + curr];
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yield curr;
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}
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}
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for (let n of fibonacci()) {
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if (n > 1000) break;
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console.log(n);
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}
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```
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从上面代码可见，使用for...of语句时不需要使用next方法。
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### throw方法
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Generator函数还有一个特点，它可以在函数体外抛出错误，然后在函数体内捕获。
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```javascript
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var g = function* () {
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while (true) {
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try {
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yield;
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} catch (e) {
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if (e != 'a') {
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throw e;
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}
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console.log('内部捕获', e);
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}
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}
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};
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var i = g();
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i.next();
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try {
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i.throw('a');
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i.throw('b');
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} catch (e) {
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console.log('外部捕获', e);
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}
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// 内部捕获 a
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// 外部捕获 b
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```
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上面代码中，遍历器i连续抛出两个错误。第一个错误被Generator函数体内的catch捕获，然后Generator函数执行完成，于是第二个错误被函数体外的catch捕获。
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这种函数体内捕获错误的机制，大大方便了对错误的处理。如果使用回调函数的写法，想要捕获多个错误，就不得不为每个函数写一个错误处理语句。
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```javascript
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foo('a', function (a) {
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if (a.error) {
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throw new Error(a.error);
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}
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foo('b', function (b) {
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if (b.error) {
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||
throw new Error(b.error);
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||
}
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foo('c', function (c) {
|
||
if (c.error) {
|
||
throw new Error(c.error);
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||
}
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||
console.log(a, b, c);
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||
});
|
||
});
|
||
});
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```
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使用Generator函数可以大大简化上面的代码。
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```javascript
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function* g(){
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try {
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var a = yield foo('a');
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var b = yield foo('b');
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var c = yield foo('c');
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} catch (e) {
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console.log(e);
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}
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||
console.log(a, b, c);
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}
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```
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如果Generator函数内部没有定义catch，那么throw方法抛出的错误，将被函数体的catch捕获。
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```javascript
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function *foo() { }
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var it = foo();
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try {
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it.throw( "Oops!" );
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} catch (err) {
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console.log( "Error: " + err ); // Error: Oops!
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}
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```
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上面代码中，foo函数内部没有任何语句，throw抛出的错误被函数体外的catch捕获。
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反过来，Generator函数内抛出的错误，也可以被函数体外的catch捕获。
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```javascript
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function *foo() {
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var x = yield 3;
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var y = x.toUpperCase();
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yield y;
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}
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var it = foo();
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it.next(); // { value:3, done:false }
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try {
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it.next( 42 );
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}
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catch (err) {
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||
console.log( err );
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||
}
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```
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上面代码中，第二个next方法向函数体内传入一个参数42，数值是没有toUpperCase方法的，所以会抛出一个TypeError错误，被函数体外的catch捕获。
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一旦Generator执行过程中抛出错误，就不会再执行下去了。如果此后还调用next方法，将一直返回发生错误前的那个值。
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```javascript
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function* g() {
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yield 1;
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console.log('throwing an exception');
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throw new Error('generator broke!');
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yield 2;
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||
}
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function log(generator) {
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||
var v;
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||
console.log('starting generator');
|
||
try {
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||
v = generator.next();
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||
console.log('got back', v);
|
||
} catch (err) {
|
||
console.log('fixing generator', v);
|
||
}
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||
try {
|
||
v = generator.next();
|
||
console.log('got back', v);
|
||
} catch (err) {
|
||
console.log('fixing generator', v);
|
||
}
|
||
try {
|
||
v = generator.next();
|
||
console.log('got back', v);
|
||
} catch (err) {
|
||
console.log('fixing generator', v);
|
||
}
|
||
console.log('caller done');
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||
}
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||
log(g());
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// starting generator
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// got back { value: 1, done: false }
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// throwing an exception
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// fixing generator { value: 1, done: false }
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// fixing generator { value: 1, done: false }
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||
// caller done
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```
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上面代码在Generator函数g抛出错误以后，再调用next方法，就不再执行下去了，一直停留在上一次的状态。
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### yield*语句
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如果yield命令后面跟的是一个遍历器，需要在yield命令后面加上星号，表明它返回的是一个遍历器。这被称为yield*语句。
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```javascript
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let delegatedIterator = (function* () {
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yield 'Hello!';
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yield 'Bye!';
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}());
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let delegatingIterator = (function* () {
|
||
yield 'Greetings!';
|
||
yield* delegatedIterator;
|
||
yield 'Ok, bye.';
|
||
}());
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for(let value of delegatingIterator) {
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||
console.log(value);
|
||
}
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// "Greetings!
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// "Hello!"
|
||
// "Bye!"
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// "Ok, bye."
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```
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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Genertor函数，有递归的效果。
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如果`yield*`后面跟着一个数组，就表示该数组会返回一个遍历器，因此就会遍历数组成员。
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```javascript
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function* gen(){
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yield* ["a", "b", "c"];
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}
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gen().next() // { value:"a", done:false }
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```
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||
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。
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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。
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```javascript
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function *foo() {
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yield 2;
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||
yield 3;
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return "foo";
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}
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function *bar() {
|
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yield 1;
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var v = yield *foo();
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||
console.log( "v: " + v );
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||
yield 4;
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||
}
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var it = bar();
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||
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||
it.next(); //
|
||
it.next(); //
|
||
it.next(); //
|
||
it.next(); // "v: foo"
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||
it.next(); //
|
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```
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||
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。
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`yield*`命令可以很方便地取出嵌套数组的所有成员。
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```javascript
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function* iterTree(tree) {
|
||
if (Array.isArray(tree)) {
|
||
for(let i=0; i < tree.length; i++) {
|
||
yield* iterTree(tree[i]);
|
||
}
|
||
} else {
|
||
yield tree;
|
||
}
|
||
}
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const tree = [ 'a', ['b', 'c'], ['d', 'e'] ];
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||
|
||
for(let x of iterTree(tree)) {
|
||
console.log(x);
|
||
}
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||
// a
|
||
// b
|
||
// c
|
||
// d
|
||
// e
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```
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||
下面是一个稍微复杂的例子，使用yield*语句遍历完全二叉树。
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```javascript
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||
// 下面是二叉树的构造函数，
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||
// 三个参数分别是左树、当前节点和右树
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function Tree(left, label, right) {
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||
this.left = left;
|
||
this.label = label;
|
||
this.right = right;
|
||
}
|
||
|
||
// 下面是中序（inorder）遍历函数。
|
||
// 由于返回的是一个遍历器，所以要用generator函数。
|
||
// 函数体内采用递归算法，所以左树和右树要用yield*遍历
|
||
function* inorder(t) {
|
||
if (t) {
|
||
yield* inorder(t.left);
|
||
yield t.label;
|
||
yield* inorder(t.right);
|
||
}
|
||
}
|
||
|
||
// 下面生成二叉树
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||
function make(array) {
|
||
// 判断是否为叶节点
|
||
if (array.length == 1) return new Tree(null, array[0], null);
|
||
return new Tree(make(array[0]), array[1], make(array[2]));
|
||
}
|
||
let tree = make([[['a'], 'b', ['c']], 'd', [['e'], 'f', ['g']]]);
|
||
|
||
// 遍历二叉树
|
||
var result = [];
|
||
for (let node of inorder(tree)) {
|
||
result.push(node);
|
||
}
|
||
|
||
result
|
||
// ['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g']
|
||
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||
```
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||
|
||
### 作为对象属性的Generator函数
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||
|
||
如果一个对象的属性是Generator函数，可以简写成下面的形式。
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||
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||
```javascript
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||
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||
let obj = {
|
||
* myGeneratorMethod() {
|
||
···
|
||
}
|
||
};
|
||
|
||
```
|
||
|
||
它的完整形式如下，两者是等价的。
|
||
|
||
```javascript
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let obj = {
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myGeneratorMethod: function* () {
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···
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}
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};
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```
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## 含义
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### Generator与状态机
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Generator是实现状态机的最佳结构。比如，下面的clock函数就是一个状态机。
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```javascript
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var ticking = true;
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var clock = function() {
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if (ticking)
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console.log('Tick!');
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else
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console.log('Tock!');
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ticking = !ticking;
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}
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```
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上面代码的clock函数一共有两种状态（Tick和Tock），每运行一次，就改变一次状态。这个函数如果用Generator实现，就是下面这样。
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```javascript
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var clock = function*(_) {
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while (true) {
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yield _;
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console.log('Tick!');
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yield _;
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console.log('Tock!');
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}
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};
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```
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上面的Generator实现与ES5实现对比，可以看到少了用来保存状态的外部变量ticking，这样就更简洁，更安全（状态不会被非法篡改）、更符合函数式编程的思想，在写法上也更优雅。Generator之所以可以不用外部变量保存状态，是因为它本身就包含了一个状态信息，即目前是否处于暂停态。
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### Generator与协程
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协程（coroutine）是一种程序运行的方式。传统的“子例程”（subroutine）采用堆栈式“后进先出”的执行方式，只有当调用的子函数完全执行完毕，才会结束执行父函数。协程与其不同，多个函数可以并行执行，但是只有一个函数处于正在运行的状态，其他函数都处于暂停态（suspended），函数之间可以交换执行权。也就是说，一个函数执行到一半，可以暂停执行，将执行权交给另一个函数，等到稍后收回执行权的时候，再恢复执行。这种可以并行执行、交换执行权的函数，就称为协程。
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不难看出，协程适合用于多任务运行的环境。在这个意义上，它与线程很相似，都有自己的执行上下文、可以分享全局变量。它们的不同之处在于，同一时间可以有多个线程处于运行状态，但是运行的协程只能有一个，其他都处于暂停状态。此外，线程是抢先式的，到底哪个线程优先得到资源，必须由运行环境决定，但是协程是合作式的，执行权由协程自己分配。从实现上看，在内存中，子例程只使用一个栈（stack），而协程是同时存在多个栈，但只有一个栈是在运行状态，也就是说，协程是以多占用内存为代价，实现多任务的并行。
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Generator函数是ECMAScript 6对协程的实现，但属于不完全实现，只做到了暂停执行和转移执行权，有一些特性没有实现，比如不支持所调用的函数之中的yield语句（即递归执行yield语句）。
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如果将Generator函数看作多任务运行的方式，存在多个进入点和退出点。那么，一方面，并发的多任务可以写成多个Generator函数；另一方面，继发的任务则可以按照发生顺序，写在一个Generator函数之中，然后用一个任务管理函数执行（参考本节的“控制流管理”部分）。
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## 应用
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Generator可以暂停函数执行，返回任意表达式的值。这种特点使得Generator有多种应用场景。
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### （1）异步操作的同步化表达
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Generator函数的暂停执行的效果，意味着可以把异步操作写在yield语句里面，等到调用next方法时再往后执行。这实际上等同于不需要写回调函数了，因为异步操作的后续操作可以放在yield语句下面，反正要等到调用next方法时再执行。所以，Generator函数的一个重要实际意义就是用来处理异步操作，改写回调函数。
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```javascript
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function* loadUI() {
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showLoadingScreen();
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yield loadUIDataAsynchronously();
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hideLoadingScreen();
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}
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var loader = loadUI();
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// 加载UI
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loader.next()
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// 卸载UI
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loader.next()
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```
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上面代码表示，第一次调用loadUI函数时，该函数不会执行，仅返回一个遍历器。下一次对该遍历器调用next方法，则会显示Loading界面，并且异步加载数据。等到数据加载完成，再一次使用next方法，则会隐藏Loading界面。可以看到，这种写法的好处是所有Loading界面的逻辑，都被封装在一个函数，按部就班非常清晰。
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Ajax是典型的异步操作，通过Generator函数部署Ajax操作，可以用同步的方式表达。
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```javascript
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function* main() {
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var result = yield request("http://some.url");
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var resp = JSON.parse(result);
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console.log(resp.value);
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}
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function request(url) {
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makeAjaxCall(url, function(response){
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it.next(response);
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});
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}
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var it = main();
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it.next();
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```
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上面代码的main函数，就是通过Ajax操作获取数据。可以看到，除了多了一个yield，它几乎与同步操作的写法完全一样。注意，makeAjaxCall函数中的next方法，必须加上response参数，因为yield语句构成的表达式，本身是没有值的，总是等于undefined。
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下面是另一个例子，通过Generator函数逐行读取文本文件。
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```javascript
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function* numbers() {
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let file = new FileReader("numbers.txt");
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try {
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while(!file.eof) {
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yield parseInt(file.readLine(), 10);
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}
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} finally {
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file.close();
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}
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}
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```
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上面代码打开文本文件，使用yield语句可以手动逐行读取文件。
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### （2）控制流管理
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如果有一个多步操作非常耗时，采用回调函数，可能会写成下面这样。
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```javascript
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step1(function (value1) {
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step2(value1, function(value2) {
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step3(value2, function(value3) {
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step4(value3, function(value4) {
|
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// Do something with value4
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});
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});
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});
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});
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```
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采用Promise改写上面的代码。
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```javascript
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Q.fcall(step1)
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.then(step2)
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.then(step3)
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.then(step4)
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.then(function (value4) {
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// Do something with value4
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}, function (error) {
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// Handle any error from step1 through step4
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})
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.done();
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```
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上面代码已经把回调函数，改成了直线执行的形式，但是加入了大量Promise的语法。Generator函数可以进一步改善代码运行流程。
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```javascript
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function* longRunningTask() {
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try {
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var value1 = yield step1();
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var value2 = yield step2(value1);
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var value3 = yield step3(value2);
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var value4 = yield step4(value3);
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||
// Do something with value4
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} catch (e) {
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||
// Handle any error from step1 through step4
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||
}
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}
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```
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然后，使用一个函数，按次序自动执行所有步骤。
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```javascript
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scheduler(longRunningTask());
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function scheduler(task) {
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setTimeout(function() {
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var taskObj = task.next(task.value);
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// 如果Generator函数未结束，就继续调用
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if (!taskObj.done) {
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task.value = taskObj.value
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scheduler(task);
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}
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}, 0);
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}
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```
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注意，yield语句是同步运行，不是异步运行（否则就失去了取代回调函数的设计目的了）。实际操作中，一般让yield语句返回Promise对象。
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```javascript
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var Q = require('q');
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function delay(milliseconds) {
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var deferred = Q.defer();
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setTimeout(deferred.resolve, milliseconds);
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return deferred.promise;
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}
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function* f(){
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yield delay(100);
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};
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```
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上面代码使用Promise的函数库Q，yield语句返回的就是一个Promise对象。
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多个任务按顺序一个接一个执行时，yield语句可以按顺序排列。多个任务需要并列执行时（比如只有A任务和B任务都执行完，才能执行C任务），可以采用数组的写法。
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```javascript
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function* parallelDownloads() {
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let [text1,text2] = yield [
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taskA(),
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taskB()
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];
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console.log(text1, text2);
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}
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```
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上面代码中，yield语句的参数是一个数组，成员就是两个任务taskA和taskB，只有等这两个任务都完成了，才会接着执行下面的语句。
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### （3）部署iterator接口
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利用Generator函数，可以在任意对象上部署iterator接口。
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```javascript
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function* iterEntries(obj) {
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let keys = Object.keys(obj);
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for (let i=0; i < keys.length; i++) {
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let key = keys[i];
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yield [key, obj[key]];
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}
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}
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let myObj = { foo: 3, bar: 7 };
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for (let [key, value] of iterEntries(myObj)) {
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console.log(key, value);
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}
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// foo 3
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// bar 7
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```
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上述代码中，myObj是一个普通对象，通过iterEntries函数，就有了iterator接口。也就是说，可以在任意对象上部署next方法。
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下面是一个对数组部署Iterator接口的例子，尽管数组原生具有这个接口。
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```javascript
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function* makeSimpleGenerator(array){
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var nextIndex = 0;
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while(nextIndex < array.length){
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yield array[nextIndex++];
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}
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}
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var gen = makeSimpleGenerator(['yo', 'ya']);
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gen.next().value // 'yo'
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gen.next().value // 'ya'
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gen.next().done // true
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```
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### （4）作为数据结构
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Generator可以看作是数据结构，更确切地说，可以看作是一个数组结构，因为Generator函数可以返回一系列的值，这意味着它可以对任意表达式，提供类似数组的接口。
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```javascript
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function *doStuff() {
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yield fs.readFile.bind(null, 'hello.txt');
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yield fs.readFile.bind(null, 'world.txt');
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yield fs.readFile.bind(null, 'and-such.txt');
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}
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```
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上面代码就是依次返回三个函数，但是由于使用了Generator函数，导致可以像处理数组那样，处理这三个返回的函数。
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```javascript
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for (task of doStuff()) {
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// task是一个函数，可以像回调函数那样使用它
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}
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```
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实际上，如果用ES5表达，完全可以用数组模拟Generator的这种用法。
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```javascript
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function doStuff() {
|
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return [
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||
fs.readFile.bind(null, 'hello.txt'),
|
||
fs.readFile.bind(null, 'world.txt'),
|
||
fs.readFile.bind(null, 'and-such.txt')
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||
];
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||
}
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```
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上面的函数，可以用一模一样的for...of循环处理！两相一比较，就不难看出Generator使得数据或者操作，具备了类似数组的接口。
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