c# - .NET 中 yield 和 await 如何实现控制流？

Question

据我了解 yield 关键字，如果从迭代器 block 内部使用，它会将控制流返回给调用代码，并且当再次调用迭代器时，它会从中断的地方开始.

此外，await 不仅等待被调用者，而且还会将控制权返回给调用者，仅在调用者等待 方法时从中断处继续。

换句话说-- there is no thread ，而 async 和 await 的“并发”是巧妙的控制流造成的错觉，语法隐藏了细节。

现在，我以前是一名汇编程序员，我非常熟悉指令指针、堆栈等，并且我了解正常的控制流(子例程、递归、循环、分支)是如何工作的。但是这些新结构——我不明白。

当到达 await 时，运行时如何知道接下来应该执行哪一段代码？它怎么知道什么时候可以从中断的地方继续，又怎么记得在哪里？当前调用堆栈发生了什么，它是否以某种方式被保存？如果调用方法在 await 之前进行其他方法调用怎么办——为什么堆栈没有被覆盖？在出现异常和堆栈展开的情况下，运行时究竟将如何处理所有这些问题？

当达到 yield 时，运行时如何跟踪应该拾取东西的点？迭代器状态是如何保存的？

Answer 1

我将在下面回答您的具体问题，但您最好阅读我关于我们如何设计 yield 和 await 的大量文章。

https://blogs.msdn.microsoft.com/ericlippert/tag/continuation-passing-style/

https://blogs.msdn.microsoft.com/ericlippert/tag/iterators/

https://blogs.msdn.microsoft.com/ericlippert/tag/async/

其中一些文章现在已经过时了；生成的代码在很多方面都不同。但这些肯定会让您了解它是如何工作的。

此外，如果您不了解如何将 lambda 生成为闭包类，请先了解这一点。如果没有 lambda 表达式，您就不会做出异步的正面或反面。

When an await is reached, how does the runtime know what piece of code should execute next?

await 生成为:

if (the task is not completed)
  assign a delegate which executes the remainder of the method as the continuation of the task
  return to the caller
else
  execute the remainder of the method now

基本上就是这样。等待只是一个花哨的返回。

How does it know when it can resume where it left off, and how does it remember where?

好吧，你如何不等待？当方法 foo 调用方法 bar 时，我们会以某种方式记住如何返回到 foo 的中间，无论 bar 做什么，foo 激活的所有局部都完好无损。

您知道在汇编程序中是如何完成的。 foo 的激活记录被压入堆栈；它包含本地人的值(value)观。在调用时，foo 中的返回地址被压入堆栈。当 bar 完成时，堆栈指针和指令指针被重置到它们需要的位置，而 foo 继续从它停止的地方开始。

await 的延续是完全相同的，除了记录被放到堆上，原因很明显激活序列不形成堆栈。

await 作为任务的延续给出的委托(delegate)包含 (1) 一个数字，它是查找表的输入，它给出了您接下来需要执行的指令指针，以及 (2) locals 和临时工。

里面还有一些额外的装备；例如，在 .NET 中，分支到 try block 的中间是非法的，因此您不能简单地将 try block 内的代码地址粘贴到表中。但这些是簿记细节。从概念上讲，激活记录只是简单地移动到堆上。

What happens to the current call stack, does it get saved somehow?

当前激活记录中的相关信息从不首先入栈；它从一开始就从堆中分配。 (好吧，形式参数通常在堆栈或寄存器中传递，然后在方法开始时复制到堆位置。)

不存储来电者的激活记录； await 可能会返回给他们，记住，所以他们会被正常处理。

请注意，这是 await 的简化延续传递样式与您在 Scheme 等语言中看到的真正的 call-with-current-continuation 结构之间的密切区别。在这些语言中，整个延续包括回到调用者的延续都被 call-cc 捕获。 .

What if the calling method makes other method calls before it awaits-- why doesn't the stack get overwritten?

那些方法调用返回，因此它们的激活记录在等待点不再位于堆栈中。

And how on earth would the runtime work its way through all this in the case of an exception and a stack unwind?

如果出现未捕获的异常，异常将被捕获并存储在任务中，并在获取任务结果时重新抛出。

还记得我之前提到的所有簿记吗？让我告诉你，获得正确的异常语义是一个巨大的痛苦。

When yield is reached, how does the runtime keep track of the point where things should be picked up? How is iterator state preserved?

同理。局部变量的状态被移动到堆上，一个数字表示 MoveNext 下次调用时应该恢复的指令与局部变量一起存储。

再一次，迭代器 block 中有一堆工具来确保正确处理异常。