协程系列(2) Python 的生成器和协程语法
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发布时间：2024-09-09 14:03
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时间：2024-10-10 23:13
上期我们提到，一个可以暂停并且恢复的函数，就是一个协程。Python从3.5开始，通过PEP 492引入了新的语法，用于定义协程。这个语法是async def和await。但在之前，我想先介绍Python的生成器语法，因为生成器和协程有很多相似之处。
在函数中定义一个yield语句，就可以将一个函数变成生成器。
生成器是一种特殊的迭代器，它可以暂停并且恢复。生成器的定义和普通函数类似，只是在函数体中使用yield语句。
我们来看一个简单的例子：
g是一个生成器对象，它是通过调用simple_generator函数得到的。
生成器执行到yield语句时，会暂停，并且返回yield后面的值。
生成器对象有send方法，用于恢复生成器执行，这个参数会成为生成器中yield语句的返回值。
所以，第一次调用g.send(None)，生成器恢复运行，直到第一个yield语句，返回123，被存入y中。
这时候继续调用g.send(1)，生成器会继续执行。send的参数1会被存入x中。
生成器继续运行，直到第二个yield语句，返回456，存入y中。
再次调用g.send(2)，生成器会继续执行，2被存入x中，运行到函数体结束。在最后，生成器会抛出StopIteration异常，表示生成器执行结束。
程序输出如下：
StopIteration异常被捕获，表示生成器执行结束。StopIteration异常的value属性，就是生成器的返回值。
PEP 492引入了async def和await语法，用于定义协程。它与生成器有很多相似之处。
await语句，它会暂停当前协程，并且等待coro协程执行结束。c是一个协程对象，它是通过调用simple_coro函数得到的。
协程对象有send方法，用于恢复协程执行，这个参数会成为await语句的返回值。
通过types.coroutine装饰器，可以将一个生成器函数变成一个协程函数。
第一步，调用c.send(None)，协程恢复运行，直到await语句，等待coro1协程执行结束。
这时候进入coro协程，执行到yield语句，暂停，返回12345。这个值被存入y中。
程序输出为：
第二步，调用c.send(1)，协程恢复运行，1被存入x1中，运行到函数体结束。在最后，协程会抛出StopIteration(123)异常，表示协程执行结束。
这时候StopIteration异常被捕获，123被存入x2中。
程序继续执行到return 456，然后抛出StopIteration(456)异常，表示协程执行结束。
这时候StopIteration异常被捕获，456被存入y中。
程序输出为：
在CPython实现中，生成器和协程是不同的东西，但是他们的实现非常相似。可以在CPython源代码中搜索PyGenObject是生成器的结构体，PyCoroObject是协程的结构体。
这两个对象的内部都持有完整的程序栈帧，也会记录字节码运行到哪一条，以及一些额外的状态信息。因为CPython实现中，要保存局部状态，必须保存完整的程序栈帧，由于其动态性，是无法预先知道需要哪些保存局部变量的。
所以话说回来，有栈协程和无栈协程在Python里更多还是靠语法和切换状态来区分。
CPython把await编译到相对应的字节码指令，遇到的时候就直接切进那个栈帧，然后执行那个栈帧，然后返回结果。这个过程和生成器的yield语句很像。
生成器和协程都是可以暂停并且恢复的函数。生成器通过yield语句实现，协程通过await语句实现。通过send方法，可以恢复生成器和协程的执行。
此外，生成器和协程还有throw和close方法，我略去了。有兴趣的可以在下面的链接中查看详细说明。
asyncio正如我们上一篇文章中所说的，是Python的协程库。它提供了一些高级的API，用于管理协程的执行。通过asyncio，可以很方便的编写异步程序。但没有asyncio，照样可以使用生成器和协程，编写异步程序。
在下一篇文章中，我们将介绍asyncio的关键组件，Future和Task。
Task和Future是asyncio的核心，也是asyncio的最小调度单元。
