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Unity 协程探究_yield return null

作者：2023面试高手 | 2024-02-16 17:25:15

踩

yield return null

一、官方手册中的描述

1、Manual/Coroutines

函数在调用时, “从调用到返回” 都发生在一帧之内，想要处理 “随时间推移进行的事务”，相比Update，使用协程来执行此类任务会更方便。

协程在创建时，通常是一个 “返回值类型为 IEnumerator”、“函数体中包含 yield return 语句 ” 的函数。

yiled return 可以暂停协程的执行，并在恰当时候恢复。具体在何时恢复，由 yield 的返回值决定。

启动协程，必须使用 MonoBehaviour 的 StartCoroutine 方法。

停止协程，可以使用 MonoBehaviour 的 StopCoroutine 方法或 StopAllCoroutine 方法。

注意：以下情况也可能使协程停止：
1)、销毁启动协程的组件（GameObject.Destory(component);） ==> 协程停止
2)、禁用启动协程的组件（component.enabled = false;）==> 协程不停止
3)、销毁启动协程的组件所在的物体（GameObject.Destory(gameobject);） ==> 协程停止
4)、隐藏启动协程的组件所在的物体（gameobject.SetActive(false);） ==> 协程停止

2、MonoBehaviour.StartCoroutine

StartCoroutine 方法总是立刻返回一个 Coroutine 对象（同步返回）。

无法保证协同程序按其启动顺序结束，即使他们在同一帧中完成也是如此（异步无序完成）。

可以在一个协程中启动另一个协程（支持协程嵌套）。

二、Unity中的 yield 语句类型

1、yield break; //打断协程运行

2、yield return null; //挂起协程，并从下一帧继续

3、yield return + “任意数字”; //挂起协程，并从下一帧继续

4、yield return + “bool值”; //挂起协程，并从下一帧继续

5、yield return + “任意字符串”; //挂起协程，并从下一帧继续

6、yield return + “普通Object”; //挂起协程，并从下一帧继续

7、yield return + “任意实现了 IEnumerator 接口的对象”。重要！（可嵌套）

Unity 中，常见的、直接或间接实现了 IEnumerator 接口的类有：
      ------------------------------------------------------------------------------------------------
      CustomYieldInstruction (abstarct)   ——|>   IEnumerator (interface)
------------------------------------------------------------------------------------------------
  WaitUnitil (sealed)   ——|>   CustomYieldInstruction
  WaitWhile (sealed) ——|>   CustomYieldInstruction
  WaitForSecondsRealtime (非sealed，但未发现子类) ——|>   CustomYieldInstruction
   WWW (非sealed，但未发现子类) ——|>   CustomYieldInstruction
------------------------------------------------------------------------------------------------
随着Unity更新或在一些可选的Package中，可能有更多。。。
------------------------------------------------------------------------------------------------

8、yield return + “任意继承了 YieldInstruction 类 ([UsedByNativeCode]，源码C#层中无具体实现) 的对象”。重要！（可嵌套）

Unity 中，常见的、直接或间接继承了 YieldInstruction 类的类有：
------------------------------------------------------------------------------------------------
      WaitForSeconds (sealed)   ——|>   YieldInstruction
      Coroutine (sealed) ——|>   YieldInstruction (Coroutine 是 StartCoroutine方法的返回值，意味着协程中可嵌套协程)
      WaitForEndOfFrame (sealed) ——|>   YieldInstruction
      WaitForFixedUpdate (sealed) ——|>   YieldInstruction
      AsyncOperation ——|>   YieldInstruction
------------------------------------------------------------------------------------------------
   AssetBundleCreateRequest (非sealed，但未发现子类) ——|>   AsyncOperation
   AssetBundleRecompressOperation (非sealed，但未发现子类) ——|>   AsyncOperation
   AssetBundleRequest (非sealed，但未发现子类) ——|>   AsyncOperation
   ResourceRequest (非sealed，但未发现子类) ——|>   AsyncOperation
   UnityEngine.Networking.UnityWebRequestAsyncOperation (非sealed，但未发现子类) ——|>   AsyncOperation
   UnityEngine.iOS.OnDemandResourcesRequest (sealed) ——|>   AsyncOperation
------------------------------------------------------------------------------------------------
随着Unity更新或在一些可选的Package中，可能有更多。。。
------------------------------------------------------------------------------------------------

***测试验证第2、3、4、5、6条如下：


using System.Collections;
using UnityEngine;
 
public class Test : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        StartCoroutine(Func1());
    }
 
    IEnumerator Func1()
    {
        Debug.Log("Time.frameCount: " + Time.frameCount);
        yield return null;
 
        Debug.Log("Time.frameCount: " + Time.frameCount);
        yield return 0;
 
        Debug.Log("Time.frameCount: " + Time.frameCount);
        yield return 1;
 
        Debug.Log("Time.frameCount: " + Time.frameCount);
        yield return 99; //其他整数
 
        Debug.Log("Time.frameCount: " + Time.frameCount);
        yield return 0.5f; //浮点数值
 
        Debug.Log("Time.frameCount: " + Time.frameCount);
        yield return false; //bool值
 
        Debug.Log("Time.frameCount: " + Time.frameCount);
        yield return "Hi NRatel!";  //字符串
 
        Debug.Log("Time.frameCount: " + Time.frameCount);
        yield return new Object();  //任意对象
 
        Debug.Log("Time.frameCount: " + Time.frameCount);
    }
}

***测试验证第7条如下：


using System.Collections;
using UnityEngine;
 
public class Test : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        StartCoroutine(Func1());
    }
 
    IEnumerator Func1()
    {
        Debug.Log("Func1");
        yield return Func2();
    }
 
    IEnumerator Func2()
    {
        Debug.Log("Func2");
        yield return Func3();
    }
 
    IEnumerator Func3()
    {
        Debug.Log("Func3");
        yield return null;
    }
}

三、Unity协程实现原理

1、C# 的迭代器。

现在已经知道：协程肯定与IEnumerator有关，因为启动协程时需要一个 IEnumerator 对象。
而 IEnumerator 是C#实现的迭代器模式中的枚举器（用于迭代的游标）。

迭代器相关接口定义如下：


namespace System.Collections
{
    //可枚举（可迭代）对象接口
    public interface IEnumerable
    {
        IEnumerator GetEnumerator();
    }
    
    //迭代游标接口
    public interface IEnumerator
    {
        object Current { get; }
        bool MoveNext();
        void Reset();
    }
}

参考 MSDN C#文档中对于 IEnumerator、IEnumerable、迭代器的描述。

利用 IEnumerator 对象，可以对与之关联的 IEnumerable 集合进行迭代：

1)、通过 IEnumerator 的 Current 方法，可以获取集合中位于枚举数当前位置的元素。

2)、通过 IEnumerator 的 MoveNext 方法，可以将枚举数推进到集合的下一个元素。如果 MoveNext 越过集合的末尾, 则枚举器将定位在集合中最后一个元素之后, 同时 MoveNext 返回 false。当枚举器位于此位置时, 对 MoveNext 的后续调用也将返回 false 。如果最后一次调用 MoveNext 时返回 false，则 Current 未定义（结果为null）。

3)、通过 IEnumerator 的 Reset 方法，可以将“迭代游标” 设置为其初始位置，该位置位于集合中第一个元素之前。

2、C# 的 yield 关键字。

C#编译器在生成IL代码时，会将一个返回值类型为 IEnumerator 的方法（其中包含一系列的 yield return 语句），构建为一个实现了 IEnumerator 接口的对象。

注意，yield 是C#的关键字，而非Unity定义！IEnumerator 对象也可以直接用于迭代，并非只能被Unity的 StartCoroutine 使用！


using System.Collections;
using UnityEngine;
 
public class Test : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        IEnumerator e = Func();
        while (e.MoveNext())
        {
            Debug.Log(e.Current);
        }
    }
 
    IEnumerator Func()
    {
        yield return 1;
        yield return "Hi NRatel!";
        yield return 3;
    }
}

对上边C#代码生成的Dll进行反编译，查看IL代码：

3、Unity 的协程。

Unity 协程是在逐帧迭代的，这点可以从 Unity 脚本生命周期中看出。

可以大胆猜测一下，实现出自己的协程（功能相似，能够说明逐帧迭代的原理，不是Unity源码）：


using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
 
public class Test : MonoBehaviour
{
    private Dictionary<IEnumerator, IEnumerator> recoverDict;   //key:当前迭代器 value:子迭代器完成后需要恢复的父迭代器
    private IEnumerator enumerator;
 
    private void Start()
    {
        //Unity自身的协程
        //StartCoroutine(Func1());
 
        //自己实现的协程
        StarMyCoroutine(Func1());
    }
 
    private void StarMyCoroutine(IEnumerator e)
    {
        recoverDict = new Dictionary<IEnumerator, IEnumerator>();
        enumerator = e;
        recoverDict.Add(enumerator, null);  //完成后不需要恢复任何迭代器
    }
 
    private void LateUpdate()
    {
        if (enumerator != null)
        {
            DoEnumerate(enumerator);
        }
    }
 
    private void DoEnumerate(IEnumerator e)
    {
        object current;
        if (e.MoveNext())
        {
            current = e.Current;
        }
        else
        {
            //迭代结束
            IEnumerator recoverE = recoverDict[e];
            if (recoverE != null)
            {
                recoverDict.Remove(e);
            }
            //恢复至父迭代器, 若没有则会至为null
            enumerator = recoverE;
            return;
        }
 
        //null，什么也不做，下一帧继续
        if (current == null) { return; }
 
        Type type = current.GetType();
 
        //基础类型，什么也不做，下一帧继续
        if (current is System.Int32) { return; }
        if (current is System.Boolean) { return; }
        if (current is System.String) { return; }
 
        //IEnumerator 类型, 等待内部嵌套的IEnumerator迭代完成再继续
        if (current is IEnumerator)
        {
            //切换至子迭代器
            enumerator = current as IEnumerator;
            recoverDict.Add(enumerator, e);
            return;
        }
        
 
        //YieldInstruction 类型, 猜测也是类似IEnumerator的实现
        if (current is YieldInstruction)
        {
            //省略实现
            return;
        }
    }
 
    IEnumerator Func1()
    {
        Debug.Log("Time.frameCount: " + Time.frameCount);
        yield return null;
 
        Debug.Log("Time.frameCount: " + Time.frameCount);
        yield return "Hi NRatel!";
 
        Debug.Log("Time.frameCount: " + Time.frameCount);
        yield return 3;
 
        Debug.Log("Time.frameCount: " + Time.frameCount);
        yield return new WaitUntil(() =>
        {
            return Time.frameCount == 20;
        });
 
        Debug.Log("Time.frameCount: " + Time.frameCount);
        yield return Func2();
 
        Debug.Log("Time.frameCount: " + Time.frameCount);
    }
 
    IEnumerator Func2()
    {
        Debug.Log("XXXXXXXXX");
        yield return null;
        Debug.Log("YYYYYYYYY");
        yield return Func3();   //嵌套 IEnumerator
    }
 
    IEnumerator Func3()
    {
        Debug.Log("AAAAAAAA");
        yield return null;
        Debug.Log("BBBBBBBB");
        yield return null;
    }
}

对比结果，基本可以达成协程作用，包括 IEnumerator 嵌套。
但是 Time.frameCount 的结果不同，想来实现细节必然是有差别的。

四、部分Unity源码分析

1、CustomYieldInstruction 类

可以继承该类，并实现自己的、需要异步等待的类。

原理：
当协程中 yield return “一个CustomYieldInstruction的子类”; 其实就相当于在原来的迭代器A 中，插入了一个新的迭代器B。
当迭代程序进入 B ，如果 keepWaiting 为 true，MoveNext() 就总是返回 true。
上面已经说过，迭代器在迭代时，MoveNext() 返回false 才标志着迭代完成！
那么，B 就总是完不成，直到 keepWaiting 变为 false。
这样 A 运行至 B处就处于了等待B完成的状态，相当于A挂起了。

猜测 YieldInstruction 也是类似的实现。


// Unity C# reference source
// Copyright (c) Unity Technologies. For terms of use, see
// https://unity3d.com/legal/licenses/Unity_Reference_Only_License
 
using System.Collections;
 
namespace UnityEngine
{
    public abstract class CustomYieldInstruction : IEnumerator
    {
        public abstract bool keepWaiting
        {
            get;
        }
 
        public object Current
        {
            get
            {
                return null;
            }
        }
        public bool   MoveNext() { return keepWaiting; }   
        public void   Reset() {}
    }
}

2、WaitUntil 类

语义为 “等待...直到满足...”
继承自 CustomYieldInstruction，需要等待时让 m_Predicate 返回 false (keepWating为true)。


// Unity C# reference source
// Copyright (c) Unity Technologies. For terms of use, see
// https://unity3d.com/legal/licenses/Unity_Reference_Only_License
 
using System;
 
namespace UnityEngine
{
    public sealed class WaitUntil : CustomYieldInstruction
    {
        Func<bool> m_Predicate;
 
        public override bool keepWaiting { get { return !m_Predicate(); } }
 
        public WaitUntil(Func<bool> predicate) { m_Predicate = predicate; }
    }
}

3、WaitWhile 类

语义为 “等待...如果满足...”
继承自 CustomYieldInstruction，需要等待时让 m_Predicate 返回 true (keepWating为true)。
与 WaitUntil 的实现恰好相反。


// Unity C# reference source
// Copyright (c) Unity Technologies. For terms of use, see
// https://unity3d.com/legal/licenses/Unity_Reference_Only_License
 
using System;
 
namespace UnityEngine
{
    public sealed class WaitWhile : CustomYieldInstruction
    {
        Func<bool> m_Predicate;
 
        public override bool keepWaiting { get { return m_Predicate(); } }
 
        public WaitWhile(Func<bool> predicate) { m_Predicate = predicate; }
    }
}

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