使用Thunk 函数实现Generator 函数执行器

什么是Thunk函数

那时,编程语言刚刚起步,计算机学家还在研究,编译器怎么写比较好。一个争论的焦点是"求值策略",即函数的参数到底应该何时求值。

var x = 1;  
function f(m) {  
  return m * 2;
}
f(x + 5)  

上面代码先定义函数f,然后向它传入表达式x + 5。请问,这个表达式应该何时求值?

一种意见是"传值调用"(call by value),即在进入函数体之前,就计算x + 5的值(等于 6),再将这个值传入函数f。C 语言就采用这种策略。

f(x + 5)  
// 传值调用时,等同于
f(6)  

另一种意见是“传名调用”(call by name),即直接将表达式x + 5传入函数体,只在用到它的时候求值。Haskell 语言采用这种策略。

f(x + 5)  
// 传名调用时,等同于
(x + 5) * 2

传值调用和传名调用,哪一种比较好?

回答是各有利弊。传值调用比较简单,但是对参数求值的时候,实际上还没用到这个参数,有可能造成性能损失。

function f(a, b){  
  return b;
}

f(3 * x * x - 2 * x - 1, x);  

上面代码中,函数f的第一个参数是一个复杂的表达式,但是函数体内根本没用到。对这个参数求值,实际上是不必要的。因此,有一些计算机学家倾向于"传名调用",即只在执行时求值。

编译器的“传名调用”实现,往往是将参数放到一个临时函数之中,再将这个临时函数传入函数体。这个临时函数就叫做 Thunk 函数。

function f(m) {  
  return m * 2;
}

f(x + 5);

// 等同于

var thunk = function () {  
  return x + 5;
};

function f(thunk) {  
  return thunk() * 2;
}

上面代码中,函数 f 的参数x + 5被一个函数替换了。凡是用到原参数的地方,对Thunk函数求值即可。

这就是 Thunk 函数的定义,它是“传名调用”的一种实现策略,用来替换某个表达式。

JavaScript 语言的 Thunk 函数

JavaScript 语言是传值调用,它的 Thunk 函数含义有所不同。在 JavaScript 语言中,Thunk 函数替换的不是表达式,而是多参数函数,将其替换成一个只接受回调函数作为参数的单参数函数。

// 正常版本的readFile(多参数版本)
fs.readFile(fileName, callback);

// Thunk版本的readFile(单参数版本)
var Thunk = function (fileName) {  
  return function (callback) {
    return fs.readFile(fileName, callback);
  };
};

var readFileThunk = Thunk(fileName);  
readFileThunk(callback);  

上面代码中,fs模块的readFile方法是一个多参数函数,两个参数分别为文件名和回调函数。经过转换器处理,它变成了一个单参数函数,只接受回调函数作为参数。这个单参数版本,就叫做 Thunk 函数。

任何函数,只要参数有回调函数,就能写成 Thunk 函数的形式。下面是一个简单的 Thunk 函数转换器。

// ES5版本
var Thunk = function(fn){  
  return function (){
    var args = Array.prototype.slice.call(arguments);
    return function (callback){
      args.push(callback);
      return fn.apply(this, args);
    }
  };
};
// ES6版本
const Thunk = function(fn) {  
  return function (...args) {
    return function (callback) {
      return fn.call(this, ...args, callback);
    }
  };
};

使用上面的转换器,生成fs.readFile的 Thunk 函数。

var readFileThunk = Thunk(fs.readFile);  
readFileThunk(fileA)(callback);  

下面是另一个完整的例子。

function f(a, cb) {  
  cb(a);
}
const ft = Thunk(f);

ft(1)(console.log) // 1  

建议看下Thunkify模块 https://github.com/tj/node-thunkify

Generator 函数的流程管理

你可能会问, Thunk 函数有什么用?回答是以前确实没什么用,但是 ES6 有了 Generator 函数,Thunk 函数现在可以用于 Generator 函数的自动流程管理。

Generator 函数可以自动执行。

function* gen() {  
  // ...
}

var g = gen();  
var res = g.next();

while(!res.done){  
  console.log(res.value);
  res = g.next();
}

上面代码中,Generator 函数gen会自动执行完所有步骤。

但是,这不适合异步操作。如果必须保证前一步执行完,才能执行后一步,上面的自动执行就不可行。这时,Thunk 函数就能派上用处。以读取文件为例。下面的 Generator 函数封装了两个异步操作。

var fs = require('fs');  
var thunkify = require('thunkify');  
var readFileThunk = thunkify(fs.readFile);

var gen = function* (){  
  var r1 = yield readFileThunk('/etc/fstab');
  console.log(r1.toString());
  var r2 = yield readFileThunk('/etc/shells');
  console.log(r2.toString());
};

上面代码中,yield命令用于将程序的执行权移出 Generator 函数,那么就需要一种方法,将执行权再交还给 Generator 函数。

这种方法就是 Thunk 函数,因为它可以在回调函数里,将执行权交还给 Generator 函数。为了便于理解,我们先看如何手动执行上面这个 Generator 函数。

var g = gen();

var r1 = g.next();  
r1.value(function (err, data) {  
  if (err) throw err;
  var r2 = g.next(data);
  r2.value(function (err, data) {
    if (err) throw err;
    g.next(data);
  });
});

上面代码中,变量g是 Generator 函数的内部指针,表示目前执行到哪一步。next方法负责将指针移动到下一步,并返回该步的信息(value属性和done属性)。

仔细查看上面的代码,可以发现 Generator 函数的执行过程,其实是将同一个回调函数,反复传入next方法的value属性。这使得我们可以用递归来自动完成这个过程。

Thunk 函数的自动流程管理

Thunk 函数真正的威力,在于可以自动执行 Generator 函数。下面就是一个基于 Thunk 函数的 Generator 执行器。

function run(fn) {  
  var gen = fn();

  function next(err, data) {
    var result = gen.next(data);
    if (result.done) return;
    result.value(next);
  }

  next();
}

function* g() {  
  // ...
}

run(g);

上面代码的run函数,就是一个 Generator 函数的自动执行器。内部的next函数就是 Thunk 的回调函数。next函数先将指针移到 Generator 函数的下一步(gen.next方法),然后判断 Generator 函数是否结束(result.done属性),如果没结束,就将next函数再传入 Thunk 函数(result.value属性),否则就直接退出。

有了这个执行器,执行 Generator 函数方便多了。不管内部有多少个异步操作,直接把 Generator 函数传入run函数即可。当然,前提是每一个异步操作,都要是 Thunk 函数,也就是说,跟在yield命令后面的必须是 Thunk 函数。

var g = function* (){  
  var f1 = yield readFileThunk('fileA');
  var f2 = yield readFileThunk('fileB');
  // ...
  var fn = yield readFileThunk('fileN');
};

run(g);  

上面代码中,函数g封装了n个异步的读取文件操作,只要执行run函数,这些操作就会自动完成。这样一来,异步操作不仅可以写得像同步操作,而且一行代码就可以执行。

Thunk 函数并不是 Generator 函数自动执行的唯一方案。因为自动执行的关键是,必须有一种机制,自动控制 Generator 函数的流程,接收和交还程序的执行权。回调函数可以做到这一点,Promise 对象也可以做到这一点。

参考co模块 https://github.com/tj/co