四、Lua協同程式

一、協同程式基礎

  1.什麼是協同程式

　　協同程式與線程差不多，也就是一條執行序列，擁有自己獨立的棧、局部變數和指令指針（即可以保存變數的值和狀態），同時又與其他協同程式共用全局變數和其他大部分東西。

　　與線程的區別是具有多個線程的程式可以同時運行幾個線程，而程式任意時刻只能運行一個協同程式，並且協同程式只有被顯示地（執行掛起函數）要求掛起才會暫停。

  2.四種狀態

　　（1）掛起（suspended）：創建時或執行了操作coroutine.yield()

　　（2）運行（running）：執行了coroutine.resume()

　　（3）死亡（dead）：最後一次調用resume時，協同程式的內容已執行完畢，並且已經返回。resume狀態為dead的協同程式將返回false及錯誤消息，不再執行主函數體。

　　（4）正常（normal）：當一個協同程式A喚醒另一個協同程式B時，A就處於一種特殊狀態——既不是掛機狀態（A不能繼續執行），也不是運行狀態（B在運行）。

  3.相關函數（都存放在全局table coroutine中）

　　（1）create(fun)：用於創建協同程式，只有一個參數,就是一個函數（一般為匿名函數），函數中的代碼就是協同程式將要執行的內容。create返回值的類型為thread。創建後的協同程式處於掛起狀態。

　　（2）resume(co,...)：啟動或再次啟動協同程式。參數列表中：co表示將要被啟動的協同程式，後面為變長的可選參數。

　　（3）yield(...)：使正在運行的協同程式掛起，之後可以再恢復運行（調用resume）。只能被協同程式的主函數調用（即在協同程式執行的內容中調用）。參數列表為可選的變長參數。

　　（4）status(co)：檢查協同程式的當前狀態，返回值為四中狀態中的一種。參數co為待檢查的協同程式。

  4.有用機制：通過一對resume-yield交換數據

　　原理：

　　（1）所有傳遞給resume的額外參數（...）都將視為協同程式主函數的參數。如：

　　　　　　　　　　co = coroutine.create ( function(a,b)  print("co:",a,b)  end )  --創建協同程式

　　　　　　　　　　coroutine.resume(co,10,20)  --> co:10  20  --啟動協同程式，其中10，20就是額外參數，傳遞給了協同程式的主函數（匿名函數）

　　（2）resume的返回值中包含傳遞給yield的所有參數。如：

　　　　　　　        co = coroutine.create( function(a,b)

　　　　　　　　　　　　　　coroutine.yield(a+b,a-b)  --在協同程式的主函數中直接調用yield

　　　　　　　　　　　　　　i = i+1  --有語法錯誤

　　　　　　　　　　　　end )　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　第一次調用resume：print(coroutine.resume(co,20,10)) -->true  30  10   --第一個返回值為true表示協同程式執行完畢或執行到yield之前沒有發生錯誤，後面的返回值就是傳遞給yield的參數。　  

　　　　　　　　　　第二次調用resume：print(coroutine.resume(co,20,10)) -->false,attempt to perform arithmetic on global 'i' (a nil value) --resume 第一個返回值為true並不能說明協同程式沒有錯誤。

　　（3）yield的返回值就是對應resume傳入的額外參數。如：

　　　　　　　　　　co = coroutine.create( function() print("co:",coroutine.yield()) end)

　　　　　　　　　　coroutine.resume(co) -->   --resume中沒有額外參數，則yield不會返回值，協同程式掛起

　　（4）當協同程式結束時，它的主函數返回的值都將作為resume的返回值。如：

　　　　　　　　　　co = coroutine.create( function() return 1,2 end )

　　　　　　　　　　print(coroutine.resume(co)) -->true 1  2 

二、協同程式的應用

  1.生產者-消費者

　　（1）生產者-消費者一般程式表示：

　　　　　　function producer() --生產者                                    function consumer() --消費者

　　　　　　　　while true do　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　while true do　　　

　　　　　　　　　　local x = io.read()　　　　　　　　　　　　　　　　　　local x = receive()

　　　　　　　　　　send(x)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　io.write(x,"\n")

　　　　　　　　end 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　end 

　　　　　　end 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　end 

　　　　　　問題關鍵：如何將send和receive匹配起來？

　　（2）生產者-消費者協同程式實現　　　

　　　　　　function send(x) --協同程式主函數中被調用，因而可以調用yield
　　　　　　　　coroutine.yield(x) --參數x將作為resume的返回值
　　　　　　end

　　　　　　producer = coroutine.create( function()  --在這裡可以理解為生產者
　　　　　　　　　　　　while true do
　　　　　　　　　　　　　　local x = io.read() --輸入，這裡可理解為生產的東西
　　　　　　　　　　　　　　send(x)
　　　　　　　　　　　　end
　　　　　　　　　　end)

　　　　　　function receive()  --在這裡可以理解為消費者
　　　　　　　　local status, value = coroutine.resume(producer) --啟動協同程式
　　　　　　　　return value
　　　　　　end

　　　　　　程式通過調用消費者receive()來喚醒生產者（即協同程式），然後通過將“生產的”內容x作為參數傳遞給yield,最後作為resume的返回值，賦給value(即消費者得到生產者生產的東西)

　　　　　　實質上利用了一對resume-yield交換數據。