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Unity协程到底是个什么玩意?

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 osc_gu9d45li
发布于 2019/04/04 15:18
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本文包含两个部分,前半部分是通俗解释一下Unity中的协程,后半部分讲讲C#的IEnumerator迭代器

[TOC]

协程是什么,能干什么?

为了能通俗的解释,我们先用一个简单的例子来看看协程可以干什么

首先,我突发奇想,要实现一个倒计时器,我可能是这样写的:

public class CoroutineTest : MonoBehaviour
{
    public float sumtime = 3;
    void Update()//Update是每帧调用的
    {
        {
            sumtime -= Time.deltaTime;
            if (sumtime <= 0)
                Debug.Log("Done!");
        }
    }
}

我们知道,写进 Update() 里的代码会被每帧调用一次

所以,让总时间sumtime在Update()中每一帧减去一个增量时间Time.deltaTime(可以理解成帧与帧的间隔时间)就能实现一个简单的倒计时器

但是,当我们需要多个独立的计时器时,用同样的思路,我们的代码可能就会写成这样:

public class CoroutineTest : MonoBehaviour
{
    public float sumtime1 = 3;
    public float sumtime2 = 2;
    public float sumtime3 = 1;

    void Update()
    {
        sumtime1 -= Time.deltaTime;
        if (sumtime1 <= 0)
            Debug.Log("timer1 Done!");

        sumtime2 -= Time.deltaTime;
        if (sumtime2 <= 0)
            Debug.Log("timer2 Done!");

        sumtime3 -= Time.deltaTime;
        if (sumtime3 <= 0)
            Debug.Log("timer3 Done!");
    }
}

重复度很高,计时器越多看的越麻烦

然后有朋友可能会提到,我们是不是可以用一个循环来解决这个问题

for (float sumtime = 3; sumtime >= 0; sumtime -= Time.deltaTime)
{
    //nothing
}
Debug.Log("This happens after 5 seconds");

现在每一个计时器变量都成为for循环的一部分了,这看上去好多了,而且我不需要去单独设置每一个跌倒变量。

但是

但是

但是

我们知道Update()每帧调用一次的,我们不能把这个循环直接写进Update() 里,更不能写一个方法在Update() 里调用,因为这相当于每帧开启一个独立的循环

那么有没有办法,再Update()这个主线程之外再开一个单独的线程,帮我们管理这个计时呢?

好了,你可能知道我想说什么了,我们正好可以用协程来干这个

先来看一段简单的协程代码

public class CoroutineTest : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        StartCoroutine(Count3sec());
    }

    IEnumerator Count3sec()
    {
        for (float sumtime = 3; sumtime >= 0; sumtime -= Time.deltaTime)
            yield return 0;
        Debug.Log("This happens after 3 seconds");
    }
}

你很可能看不懂上面的几个关键字,但不急,我们一个个解释上面的代码干了什么

StartCoroutine(Count3sec());

这一句用来开始我们的Count3sec方法

然后你可能想问的是

  1. IEnumerator 是什么?返回值是什么?
  2. For循环中的yield return是什么?

理解以下的话稍有难度,但暂时理解不了问题也不大

详细的讲:

IEnumerator 是C#的一个迭代器,你可以把它当成指向一个序列的某个节点的指针,C#提供了两个重要的接口,分别是Current(返回当前指向的元素)和 MoveNext()(将指针向前移动一个单位,如果移动成功,则返回true)

通常,如果你想实现一个接口,你可以写一个类,实现成员,等等。迭代器块(iterator block) 是一个方便的方式实现IEnumerator,你只需要遵循一些规则,并实现IEnumerator由编译器自动生成。

一个迭代器块具备如下特征:

  1. 返回IEnumerator
  2. 使用yield关键字

那么yield关键字是干嘛的?它用来声明序列中的下一个值,或者一个无意义的值。如果使用yield x(x是指一个具体的对象或数值)的话,那么movenext返回为true并且current被赋值为x,如果使用yield break使得movenext()返回false(停止整个协程)

看不太懂?问题不大

简单来说:

你现在只需要理解,上面代码中,IEnumerator类型的方法Count3sec就是一个协程,并且可以通过yield关键字控制协程的运行

一个协程的执行,可以在任何地方用yield语句来暂停,yield return的值决定了什么时候协程恢复执行。通俗点讲,当你**“yield”**一个方法时,你相当于对这个程序说:“现在停止这个方法,然后在下一帧中,从这里重新开始!”

yield return 0;

然后你可能会问,yield return后面的数字表示什么?比如yield return 10,是不是表示延缓10帧再处理?

并不!

并不!

并不!

yield return 0表示暂缓一帧,也就是让你的程序等待一帧,再继续运行。(不一定是一帧,下面会讲到如何控制等待时间)就算你把这个0换成任意的int类型的值,都是都是表示暂停一帧,从下一帧开始执行

它的效果类似于主线程单独出了一个子线程来处理一些问题,而且性能开销较小

现在你大致学会了怎么开启协程,怎么写协程了,来看看我们还能干点什么:

    IEnumerator count5times()
    {
        yield return 0;
        Debug.Log("1");
        yield return 0;
        Debug.Log("2");
        yield return 0;
        Debug.Log("3");
        yield return 0;
        Debug.Log("4");
        yield return 0;
        Debug.Log("5");
    }

在这个协程中,我们每隔一帧输出了一次Hello,当然你也可以改成一个循环

    IEnumerator count5times()
    {
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            Debug.Log("i+1");
            yield return 0;
        }
    }

重点来了,有意思的是,你可以在这里加一个记录始末状态的变量:

public class CoroutineTest : MonoBehaviour
{
    bool isDone = false;
    IEnumerator count5times()
    {
        Debug.Log(isDone);
        for (int i = 0; i < 5; i++)
        {
            Debug.Log("i+1");
            yield return 0;
        }
        isDone = true;
        Debug.Log(isDone);
    }

    void Start()
    {
        StartCoroutine(count5times());
    }
}

很容易看得出上面的代码实现了什么,也就就是我们一开始的需求,计时器

这个协程方法突出了协程一个“非常有用的,和Update()不同的地方:方法的状态能被存储,这使得方法中定义的这些变量(比如isUpdate)都会保存它们的值,即使是在不同的帧中

再修改一下,就是一个简单的协程计时器了

public class CoroutineTest : MonoBehaviour
{
    IEnumerator countdown(int count, float frequency)
    {
        Debug.Log("countdown START!");
        for (int i = 0; i < count; i++)
        {
            for (float timer = 0; timer < frequency; timer += Time.deltaTime)
                yield return 0;
        }
        Debug.Log("countdown DONE!");
    }
    void Start()
    {
        StartCoroutine(countdown(5, 1.0f));
    }
}

在上面的例子我们也能看出,和普通方法一样,协程方法也可以带参数

你甚至可以通过yield一个**WaitForSeconds()**更方便简洁地实现倒计时

协程计时器

public class CoroutineTest : MonoBehaviour
{
    IEnumerator countdown(float sec)//参数为倒计时时间
    {
        Debug.Log("countdown START!");
        yield return new WaitForSeconds(sec);
        Debug.Log("countdown DONE!");
    }
    void Start()
    {
        StartCoroutine(countdown(5.0f));
    }
}

好了,可能你已经注意到了,yield的用法还是很多的

在此之前,我们之前的代码yield的时候总是用0(或者可以用null),这仅仅告诉程序在继续执行前等待下一帧。现在你又学会了用yield return new WaitForSeconds(sec)来控制等待时间,你已经可以做更多的骚操作了!

协程另外强大的一个功能就是,你甚至可以yeild另一个协程,也就是说,你可以通过使用yield语句来相互嵌套协程

public class CoroutineTest : MonoBehaviour
{
    IEnumerator SaySomeThings()
    {
        Debug.Log("The routine has started");
        yield return StartCoroutine(Wait(1.0f));
        Debug.Log("1 second has passed since the last message");
        yield return StartCoroutine(Wait(2.5f));
        Debug.Log("2.5 seconds have passed since the last message");
    }
    IEnumerator Wait(float waitsec)
    {
        for (float timer = 0; timer < waitsec; timer += Time.deltaTime)
            yield return 0;
    }
    void Start()
    {
        StartCoroutine(SaySomeThings());
    }
}
yield return StartCoroutine(Wait(1.0f));

这里的Wait指的是另一个协程,这相当于是说,“暂停执行本程序,等到直到Wait协程结束”

协程控制对象行为

根据我们上面讲的特性,协程还能像创建计时器一样方便的控制对象行为,比如物体运动到某一个位置

IEnumerator MoveToPosition(Vector3 target)
    {
        while (transform.position != target)
        {
            transform.position = Vector3.MoveTowards(transform.position, target, moveSpeed * Time.deltaTime);
            yield return 0;
        }
    }

我们还可以让上面的程序做更多,不仅仅是一个指定位置,还可以通过数组来给它指定更多的位置,然后通过MoveToPosition() ,可以让它在这些点之间持续运动。

我们还可以再加入一个bool变量,控制在对象运动到最后一个点时是否要进行循环

再把上文的Wait()方法加进来,这样就能让我们的对象在某个点就可以选择是否暂停下来,停多久,就像一个正在巡逻的守卫一样 (这里没有实现,各位读者可以尝试自己写一个)

public class CoroutineTest : MonoBehaviour
{
    public Vector3[] path;  
    public float moveSpeed;

    void Start()
    {
        StartCoroutine(MoveOnPath(true));
    }

    IEnumerator MoveOnPath(bool loop)
    {
        do
        {
            foreach (var point in path)
                yield return StartCoroutine(MoveToPosition(point));
        }
        while (loop);
    }

    IEnumerator MoveToPosition(Vector3 target)
    {
        while (transform.position != target)
        {
            transform.position = Vector3.MoveTowards(transform.position, target, moveSpeed * Time.deltaTime);
            yield return 0;
        }
    }

    IEnumerator Wait(float waitsec)
    {
        for (float timer = 0; timer < waitsec; timer += Time.deltaTime)
            yield return 0;
    }
}

yield其他

这里列举了yield后面可以有的表达式

  1. null,0,1,...... 暂缓一帧,下一帧继续执行

  2. WaitForEndOfFrame - the coroutine executes on the frame, after all of the rendering and GUI is complete 等待帧结束

  3. WaitForFixedUpdate - causes this coroutine to execute at the next physics step, after all physics is calculated 等待一个固定帧

  4. WaitForSeconds - causes the coroutine not to execute for a given game time period

  5. WWW - waits for a web request to complete (resumes as if WaitForSeconds or null)

  6. StartCoroutine(Another coroutine) - in which case the new coroutine will run to completion before the yielder is resumed 等待另一个协程暂停

值得注意的是 WaitForSeconds()受Time.timeScale影响,当Time.timeScale = 0f 时,yield return new WaitForSecond(x) 将不会满足

停止协程

  1. StopCoroutine(string methodName);
  2. StopAllCoroutine();
  3. 设置gameobject的active为false时可以终止协同程序,但是再次设置为true后协程不会再启动。

总结一下

协程就是:你可以写一段顺序代码,然后标明哪里需要暂停,然后在指定在下一帧或者任意间后,系统会继续执行这段代码

当然,协程不是真多线程,而是在一个线程中实现的

通过协程我们可以方便的做出一个计时器,甚至利用协程控制游戏物体平滑运动

如果你刚接触协程,我希望这篇博客能帮助你了解它们是如何工作的,以及如何来使用它们

深入讲讲IEnumerator

基础迭代器IEnumerator

迭代器是C#中一个普通的接口类,类似于C++ iterator的概念,基础迭代器是为了实现类似for循环 对指定数组或者对象 的 子元素 逐个的访问而产生的。

public interface IEnumerator
{
	object Current { get; }
	bool MoveNext();
	void Reset();
}

以上是IEnumerator的定义

Current() 的实现应该是返回调用者需要的指定类型的指定对象。

MoveNext() 的实现应该是让迭代器前进。

Reset() 的实现应该是让迭代器重置未开始位置

就像上文提到的,C#提供了两个重要的接口,分别是Current(返回当前指向的元素)和 MoveNext()(将指针向前移动一个单位,如果移动成功,则返回true)当然IEnumerator是一个interface接口,你不用担心的具体实现

注意以上用的都是“应该是”,也就是说我们可以任意实现一个派生自*” IEnumerator”类的3*个函数的功能,但是如果不按设定的功能去写,可能会造成被调用过程出错,无限循环

一个简单的例子,遍历并打印一个字符串数组:

public string[] m_StrArray = new string[4];

就可以派生一个迭代器接口的子类

public class StringPrintEnumerator : IEnumerator
{
    private int m_CurPt = -1;
    private string[] m_StrArray;
    
    public StringPrintEnumerator(string[] StrArray)
    {
        m_StrArray = StrArray;
    }
    ///实现
    public object Current
    {
        get
        {
            return m_StrArray[m_CurPt];
        }
    }
    public bool MoveNext()
    {
        m_CurPt++;
        if (m_CurPt == m_StrArray.Length)
            return false;
        return true;
    }
    public void Reset()
    {
        m_CurPt = -1;
    }
    ///实现END
    public static void Run()
    {
        string[] StrArray = new string[4];
        StrArray[0] = "A";
        StrArray[1] = "B";
        StrArray[2] = "C";
        StrArray[3] = "D";
        StringPrintEnumerator StrEnum = new StringPrintEnumerator(StrArray);
        while (StrEnum.MoveNext())
        {
            (string)ObjI = (string)StrEnum.Current;
            Debug.Log(ObjI);
        }
    }
}

运行会依次输出A B C D

但是如果:

不正确的实现Current(返回null,数组下表越界)执行到Debug.Log时候会报错。

不正确地MoveNext(),可能会出现无限循环(当然如果逻辑上正需要这样,也是正确的)

不正确地Reset(),下次再用同一个迭代器时候不能正确工作

所以这三个方法如何才是正确的实现,完全要根据由上层的调用者约定来写

迭代器扩展应用foreach,IEnumerable

C#使用foreach语句取代了每次手写while(StrEnum.MoveNext())进行遍历

同时新定了一个接口类来包装迭代器IEnumerator,也就是IEnumerable,定义为:

public interface IEnumerable
{
   IEnumerator GetEnumerator();
}

IEnumerable和IEnumerator的区别

可以看到IEnumerable接口非常的简单,只包含一个抽象的方法GetEnumerator(),它返回一个可用于循环访问集合的IEnumerator对象

IEnumerable的作用仅仅是需要派生类写一个返回指定迭代器的实现方法,也就是说IEnumerable仅仅是IEnumerator的一个包装而已。

那么返回的IEnumerator对象呢?它是一个真正的集合访问器,没有它,就不能使用foreach语句遍历集合或数组,因为只有IEnumerator对象才能访问集合中的项,才能进行集合的循环遍历。

那么我们回到foreach

foreach

就像上面提到的,foreach需要的是一个定义了IEnumerator GetEnumerator()方法的对象,当然如果他是派生自IEnumerable对象那就更好了。

我们继续写上文的StringPrintEnumerator类

这里新定义他的IEnumerable派生类MyEnumerable


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