在Unity中StartCoroutine / yield return在底层是如何运作的？

在Unity中，IEnumerator 是一个接口，用于实现协程（Coroutine）。协程是一种特殊的函数，它可以在多个帧之间暂停和恢复执行，这在执行长时间操作时非常有用，比如加载资源、等待网络请求等。
正如上述AI的回复，协程的返回对象是IEnumerator，也就是非泛型枚举器的基类接口，IEnumerator的定义大体如下：

public interface IEnumerator
{
    object Current { get; }

    bool MoveNext();
    void Reset();
}

• Current属性：用于获取集合中当前迭代位置对应的元素
• MoveNext方法：用于将迭代位置的索引推进到下个位置，如果成功则返回true，已经指向到末尾则返回false
• Reset方法：将当前迭代位置索引重置为初始位置，初始位置通常为第一个元素之前，这样再次调用MoveNext时，Current值即为迭代器中的第一个元素

枚举器可用于读取集合中的数据，但不能用于修改基础集合。

最初，枚举器位于集合中的第一个元素之前。 在读取 Current值之前，必须调用 MoveNext 方法将枚举器前进到集合的第一个元素; 否则，Current 未定义。

Current 返回相同的对象，直到调用 MoveNext 或 Reset。 MoveNext 将 Current 设置为下一个元素。

如果 MoveNext 传递集合的末尾，则枚举器位于集合中的最后一个元素之后，MoveNext 返回 false。 当枚举器处于此位置时，对 MoveNext 的后续调用也会返回 false。 如果最后一次调用 MoveNext 返回 false，则 Current 未定义。

若要再次将 Current 设置为集合的第一个元素，可以调用 Reset（如果已实现）后跟 MoveNext。 如果未实现 Reset，则必须创建新的枚举器实例才能返回到集合的第一个元素。

如果对集合进行了更改（例如添加、修改或删除元素），则枚举器的行为是未定义的。

枚举器不具有对集合的独占访问权限;因此，通过集合进行枚举本质上不是线程安全的过程。 即使集合同步，其他线程仍可以修改集合，这会导致枚举器引发异常。 若要保证枚举期间的线程安全性，可以在整个枚举期间锁定集合，也可以捕获由其他线程所做的更改导致的异常。

更多迭代器相关资料可以查阅IEnumerator 接口

yield return

在Unity中一个IEnumerator函数通常有以下几种不同的yield return定义：

1. yield return null：这告诉Unity在当前帧结束时暂停协程的执行，并在下一帧开始时继续执行。
2. yield return new WaitForSeconds(time)：这告诉Unity等待指定的时间后继续执行协程。
3. yield return StartCoroutine(anotherCoroutine)：这允许一个协程等待另一个协程完成。
4. yield return new WaitUntil(condition)：这告诉协程等待直到指定的条件为真。
5. yield return new WaitWhile(condition)：这告诉协程等待直到指定的条件为假。

假设我们在Unity中定义了如下的迭代器函数：

IEnumerator TestEnumerator()
{
    yield return null;
    Debug.Log("我是第一个yield return执行后执行的");
    yield return null;
    Debug.Log("我是第二个yield return执行后执行的");
    yield break;
    Debug.Log("我是yield break执行后执行的");
    yield return null;
}

此时，我们不使用StartCoroutine对TestEnumerator函数开启协程，而是通过直接调用的方式：

void Start()
{
    IEnumerator test = TestEnumerator();
}

此时控制台将不会有任何输出。然后调用test.MoveNext()后，第一个yield return才执行：

void Start()
{
    IEnumerator test = TestEnumerator();
    Debug.Log("第一个yield return执行" + test.MoveNext());
}

此时输出：

如果继续调用MoveNext：

void Start()
{
    IEnumerator test = TestEnumerator();
    Debug.Log("第一个yield return执行" + test.MoveNext());
    Debug.Log("第二个yield return执行" + test.MoveNext());
}

此时控制台将输出：

也就是当第二次调用test.MoveNext()时，第一个yield return与第二个yield return之间的代码将会执行，此时Current指向了第二个yield return。再次调用test.MoveNext后：

void Start()
{
    IEnumerator test = TestEnumerator();
    Debug.Log("第一个yield return执行" + test.MoveNext());
    Debug.Log("第二个yield return执行" + test.MoveNext());
    Debug.Log("第三个yield break执行即中止" + test.MoveNext());
}

输出结果为：

从输出结果看最后一次的test.MoveNext()返回了false，也就是Current指向了yield break并返回了false，上面说到，MoveNext返回false，说明迭代器终止，为了验证该结论，我们可以再调用MoveNext()：

void Start()
{
    IEnumerator test = TestEnumerator();
    Debug.Log("第一个yield return执行" + test.MoveNext());
    Debug.Log("第二个yield return执行" + test.MoveNext());
    Debug.Log("第三个yield break执行即中止" + test.MoveNext());
    Debug.Log("第四个yield return无法执行" + test.MoveNext());
}

输出结果为：

也就是yield break确实让迭代器终止了。

为什么yield return能暂停代码的执行？

首先，我没有实际看过Unity的任何源码，但是综合各方面资料来看，一个IEnumerator函数的定义会在编译阶段内部自定义了一个类似xxxTestEnumeratorxxx的类或结构体，内部会把IEnumerator函数内的局部变量变为类或结构体中的属性，而yield return之间的代码会封装在该类或结构体中的xxxMoveNextxxx()函数中，每个yield return间的代码段会抽取到该MoveNext函数内。以下是实现该原理的伪代码：

using System;
using System.Collections;

public class CoroutineSimulator : IEnumerator
{
    private enum State
    {
        Start,
        WaitForOne,
        PrintSurprise,
        WaitForThree,
        End
    }

    private State currentState;

    public CoroutineSimulator()
    {
        currentState = State.Start;
    }

    public object Current => null; // 实现 IEnumerator 接口的 Current 属性

    public bool MoveNext()
    {
        switch (currentState)
        {
            case State.Start:
                Console.WriteLine("Coroutine starts.");
                currentState = State.WaitForOne;
                break;

            case State.WaitForOne:
                Console.WriteLine("Waited for 1 second.");
                currentState = State.PrintSurprise;
                break;

            case State.PrintSurprise:
                Console.WriteLine("Surprise!");
                currentState = State.WaitForThree;
                break;

            case State.WaitForThree:
                Console.WriteLine("Waited for 3 seconds.");
                currentState = State.End;
                break;

            case State.End:
                Console.WriteLine("Coroutine has ended.");
                return false; // 结束协程
        }

        return true; // 继续协程
    }

    public void Reset()
    {
        currentState = State.Start; // 重置协程状态
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        CoroutineSimulator coroutine = new CoroutineSimulator();

        while (coroutine.MoveNext()) // 模拟协程的执行
        {
            // 在这里，每次调用 MoveNext 都会执行协程的下一个步骤
        }
    }
}

大致是这么个意思。回归到Unity内置的StartCoroutine，它内部的MoveNext当条件满足的时候会自动调用，如：yield return null，当下一帧到来的时候就会自动调用MoveNext()

在Unity中，StartCoroutine和yield return的底层运作涉及到对协程（Coroutines）的管理和调度。为了回答你的问题，我们来逐步解析这些机制。

1. 协程的基本概念

协程是一种特殊的函数，它可以暂停执行并在稍后恢复。在Unity中，协程通常用于处理需要长时间运行的任务，而不需要阻塞主线程。

2. StartCoroutine的工作原理

当你调用StartCoroutine时，Unity会将协程添加到一个队列中，并开始调度它。这个过程涉及以下几个步骤：

• 创建IEnumerator对象：当你定义一个返回IEnumerator的方法时，Unity会在内部创建一个IEnumerator对象。这个对象包含了协程的执行逻辑。

• 注册协程：StartCoroutine方法会将这个IEnumerator对象注册到Unity的协程管理器中。协程管理器负责调度协程的执行。

3. yield return的工作原理

当你在协程中使用yield return时，你实际上是在告诉协程在某个条件满足后继续执行。yield return可以返回多种类型的值，其中最常见的就是WaitForSeconds。

WaitForSeconds

WaitForSeconds是一个特殊的类，它的实现如下：

public class WaitForSeconds : IEnumerator
{
    private float endTime;

    public WaitForSeconds(float seconds)
    {
        endTime = Time.realtimeSinceStartup + seconds;
    }

    public bool MoveNext()
    {
        return Time.realtimeSinceStartup < endTime;
    }

    public void Reset()
    {
        throw new NotImplementedException();
    }

    public object Current => null;
}

当你写yield return new WaitForSeconds(1);时，Unity会创建一个WaitForSeconds实例，并将其传递给协程管理器。协程管理器会定期检查这个实例的状态，并在指定的时间后恢复协程的执行。

4. 控制权的移交

当你在一个协程中写yield return new WaitForSeconds(1);时，Unity的协程管理器会暂停当前协程的执行，并在一秒后恢复。这意味着在这一秒内，控制权会被交还给Unity的主线程，从而允许其他任务（如渲染、输入处理等）继续执行。

5. Unity主线程的交互

Unity的游戏循环是基于事件驱动的，这意味着主线程会不断地处理各种事件（如输入、更新、渲染等）。当协程暂停时，控制权会被交还给主线程，这样主线程可以处理其他任务。一旦协程暂停的条件满足（例如，WaitForSeconds的时间到了），协程管理器会恢复协程的执行。

总结

• StartCoroutine将协程注册到协程管理器中。
• yield return用于暂停协程的执行，并在特定条件满足后恢复。
• WaitForSeconds是一个特殊类，用于在指定时间后恢复协程的执行。
• 控制权在协程暂停时被交还给主线程，主线程可以处理其他任务。

通过这种方式，Unity能够高效地管理协程，同时确保游戏的流畅性和响应性。