趣味编程：在JavaScript中实现简单的yield功能（2 - 循环支持及解释执行）
2010-06-11 20:41 by 老赵, 3378 visits在上一篇文章里，我们构造了$yield和$yieldSeq两个基础编程组件，于是我们可以“在一定程度上”使用C#中的yield功能来构造一个迭代器。从表面上看来似乎不错，不过它的实际价值还是有值得推敲的。例如，我们目前还必须使用递归来代替循环，那么我们有办法改变这种变成方式吗？此外，在评论中有朋友谈到，这样写代码其实不是一个格式化就混乱了吗？至少，您是否觉得这种编程方法的function和括号实在多了些呢？这次我们就来探索这些问题的解决办法。
想法来源
为此，还是先谈一下我这种想法的来源吧——这便是F#里的“序列”：
// F# let fibSeq() = seq { let rec fibSeq' a b = seq { let next = a + b yield next yield! fibSeq' b next } yield 0 yield 1 yield! fibSeq' 0 1 }
瞧，这个无限的斐波那契序列实现方式，和之前的JavaScript做法是否几乎完全一致？其实在F#中，seq本身（从理念上讲）并不是个语言特性，而是基于一种更为抽象的语言特性“（计算表达式）Computation Expressions”而实现的功能。换句话说，seq只是一个“类库”，和我以前经常强调的async一样，都不是语言特性而是类库功能。我们基于这个语言特性也可以写出我们自己的实现，这样我们也可以用上xyz { ... }等等，而不仅仅是seq { ... }或async { ... }等“内置”的功能了。
Computation Expressions其实是一种“语法糖”，如刚才的fibSeq在“解糖”之后就变成了：
// F# let fibSeq() = seq { let rec fibSeq' a b = let next = a + b seq.Combine( seq.Yield(next), seq.Delay(fun () -> seq.YieldFrom(fibSeq' next b))) seq.Combine( seq.Yield(0), seq.Delay(fun () -> seq.Combine( seq.Yield(1), seq.Delay(fun () -> seq.YieldFrom(fibSeq' 0 1))))) }
总体来说，它们都是把顺序的语法拆成了一段一段，再通过回调函数进行连接的结果。事实上，“计算表达式”便是定义了一系列的“基础控制元素”，然后将一系列的表达式“解糖”为这些基础控制元素的调用。有些朋友可能发现这其实便是Monad（类似的东西），这话一点没错，F#的设计者Don Syme便曾经写道：
... Likewise the kinds of operations used under the hood are much like the operations used in both LINQ and Haskell monads. Indeed, computation expressions can be seen as a general monadic syntax for F#.
如果不看实际的代码样式，只看“感觉”，您是否发现这和前文的做法十分接近？其实刚才我之前的JS其实也是利用了这种思路，只是直接写出了“解糖”后语法（且解糖的具体方式有所不同），于是会显得比较丑陋——因此，谁说语法糖不重要？
while循环
其实F#的计算表达式中也提供了对于while循环的基础构造元素，这对我们现在要做的事情来说像是一个指导。那么我们来看看F#是如何“解糖”while语句的吧。假如我们有这样一个计算表达式：
// F# foo { let i = ref 0; while (i.Value < 10) do i.Value <- i.Value + 1 ... }
那么它解糖后的结果便是：
// F# let i = ref 0; bar.While( (fun () -> i.Value < 10), (fun () -> i.Value <- i.Value + 1))
换句话说，当我们使用这样的表达式时：
// F# while (cond-expr) do loop-body
实际上我们执行的是：
// F# // member While: (unit -> bool) * Result<unit> –> Result<unit> foo.While( (fun () -> cond-expr), (fun () -> loop-body))
看到了没？我们不妨也这么做吧。例如当我们在C#里写这样的代码时：
// C# public static IEnumerable<int> Infinite(int start) { while (true) yield return start++; }
它所对应的JavaScript便是：
// JavaScript function infinite(start) { return $while( function () { return true; }, function () { return $yield(start++); }); }
其中$while方法的实现是：
// JavaScript function $while(cond, body, rest) { if (cond()) { var iter = body(); if (iter) { return $yieldSeq(iter, function () { return $while(cond, body, rest); }); } else { return $while(cond, body, rest); } } else if (rest) { return rest(); } else { return null; } }
$while本身也是返回一个迭代器，不过它并不会像$yield或$yieldSeq那样“构造”出一个迭代器，而更像是在做一个“协调”的工作。例如，当cond为false时，它将直接返回后续的迭代器；否则，便会从body生成一个迭代器对象，并将下一个$while，也就是需要重新执行的内容使用$yieldSeq函数“拼接”在最后。由此我们可以看出（至少我感觉如此），使用无副作用的编程方式，在业务逻辑的表现上会比“状态改变”更为清晰一些。
先解析，后执行
现在，我们就试着使用刚才定义的$while函数来重写原来的rangeSeq函数吧：
// JavaScript function rangeWhileSeq(minInclusive, maxExclusive) { var i = minInclusive; return $while( function () { return i < maxExclusive; }, function () { return $yield(i, function () { i++; }); }); }
额，您看明白这段代码的含义了没？总之我是看的够呛，光有yield还好说，一旦加上$while就容易让人神智不清了。更重要的是，我这里真不知道怎么格式化才能显得清晰一些。因此，$while的可用性远不如$yield和$yieldSeq来的好。那么，我们该怎么办才好？先不谈这个，先想想我们究竟希望怎么样的编程方式吧……这样如何？
// JavaScript function rangeWhile(minInclusive, maxExclusive) { var i = minInclusive; while (i < maxExclusive) { return $yield(i); i++; } }
这完全就是一种最为理想的方式，不是么？易于编写，语意良好，格式美观，几乎没有缺点。那么，您有办法将这个rangeWhile方法“改写”成上面rangeWhileSeq的形式吗？还有，您能把这样的代码：
// JavaScript function fibSeq() { function fibSeq$(a, b) { var next = a + b; return $yield(next); return $yieldSeq(fibSeq$(b, next)); } return $yield(0); return $yield(1); return $yieldSeq(fibSeq$(0, 1)); }
改写成如下形式吗？
// JavaScript function fibSeq() { function fibSeq$(a, b) { var next = a + b; return $yield(next, function () { return $yieldSeq(fibSeq$(b, next)); }); } return $yield(0, function () { return $yield(1, function () { return $yieldSeq(fibSeq$(0, 1)); }); }); }
我相信这实现起来不会过于困难。
事实上，我认为这可以说是JavaScript语言最终极的黑魔法。由于JavaScript的语言特性，我们完全可以调用一个函数的toString方法，再进行“改造”，最后再eval回去。利用这种方式，JavaScript可以说拥有了几乎无限的语法糖能力。事实上，类似的事情一直有人在做。例如，已经有人用JavaScript写出Flash播放器以及PostScript解释器。因此，我们为什么不把这种方式直接用在JavaScript自身呢？
提高JavaScript的开发效率
再次回到F#吧。刚才我们提到，计算表达式的试用性很广，除了seq以外，F#的核心库还实现了“异步工作流（Asynchronous Workflows）”。例如下面的代码：
// F# async { let req = WebRequest.Create("http://blog.zhaojie.me/") let! resp = req.GetResponseAsync() use stream = resp.GetResponseStream() let reader = new StreamReader(stream) let! html = reader.ReadToEndAsync() return html }
便会被“解糖”为：
// F# async.Delay(fun () -> let req = WebRequest.Create("http://blog.zhaojie.me/") async.Bind(req.GetResponseAsync(), (fun resp –> async.Using(resp.GetResponseStream(), (fun stream –> let reader = new StreamReader(stream) async.Bind(reader.ReadToEndAsync(), (fun html -> async.Return(html))))))))
这里let!会被视作一次Bind函数的调用，F#在此会发起一个异步操作（如一个基于IOCP的异步操作），并会在操作结束后执行回调函数。这样，我们便可以使用异步工作流轻松地编写异步程序，而不需要在纷繁的回调函数中纠缠不清。循环也好，递归也罢，异步工作流都会帮我们保留各式上下文，按照我们的需要进行逻辑控制。
这就是了。刚才我们提出在JavaScript中解析“迭代器”的生成代码，那么我们能用同样的方式实现一个完整的“计算表达式”特性吗？事实上，这样JavaScript就几乎获得了完整的，与F#一样强大且优雅的特性。更重要的是，“异步操作”是JavaScript的应用领域中最为常见的使用场景（没有之一），如果JavaScript拥有了F#中的“异步工作流”，那么JavaScript的开发体验一定会大大增强。
我认为，首先于语言特性，JavaScript本身的生产力似乎已经遇到了瓶颈，必须借助“外力”才能带来更好的开发效率。例如GWT和Script#，都是通过编写服务器端的代码（如Java和C#）再编译成JavaScript以获得更好的开发效率（虽然Anders Hejlsberg认为并不认为这是正途）。在这方面，我认为走的更远的是莫过于WebSharper，它是一个基于F#构建的Web开发平台，使用F#构造从前到后的一整套内容。其中利用到F#中许多高级的开发特性，并可以将F#代码直接转化JavaScript，这样服务器端和客户端的通信也变得透明起来。事实上我很看好这种方式，尤其是在HTML 5出现之后，越来越多的东西可以使用JavaScript编写，我认为这是增强Web平台开发效率的方向之一。
当然，如WebSharper这类与平台（.NET，F#）密切相关的产品，其实适用性会受到限制。不过，如我上面说的那样，如果可以用JavaScript开发出一套“解释器”，或是一种可以大大提高生产力的语法糖，其通用性一定会更高，且更容易被前端开发人员所接受。
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其实每种语言都可以使用这种方式，例如在Pre-Build里改造代码，然后再进行编译，呵呵。