C#中的yield關鍵字詳解

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在"C#中,什麼時候用yield return"中，我們瞭解到：使用yield return返回集合，不是一次性加載到內存中，而是客戶端每調用一次就返回一個集合元素，是一種"按需供給"。本篇來重溫yield return的用法，探秘yield背後的故事並自定義一個能達到yield return相同效果的類，最後體驗yield break的用法。

回顧yield return的用法

以下代碼創建一個集合並遍歷集合。

   class Program
    {
        static Random r = new Random();
        static IEnumerable<int> GetList(int count)
        {
            List<int> list = new List<int>();
            for (int i = 0; i < count; i++)
            {
                list.Add(r.Next(10));
            }
            return list;
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            foreach(int item in GetList(5))
                Console.WriteLine(item);
            Console.ReadKey();
        }
    }

使用yield return也能獲得同樣的結果。修改GetList方法為：

        static IEnumerable<int> GetList(int count)
        {
            for (int i = 0; i < count; i++)
            {
                yield return r.Next(10);
            }
        }

通過斷點調試發現：客戶端每顯示一個集合中的元素，都會到GetList方法去獲取集合元素。

探密yield

使用yield return獲取集合，並遍歷。

    class Program
    {
        public static Random r = new Random();
        static IEnumerable<int> GetList(int count)
        {
            for (int i = 0; i < count; i++)
            {
                yield return r.Next(10);
            }
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            foreach(int item in GetList(5))
                Console.WriteLine(item);
            Console.ReadKey();
        }
    }

生成項目，並用Reflector反編譯可執行文件。在.NET 1.0版本下查看GetList方法，發現該方法返回的是一個GetList類的實例。原來yield return是"語法糖"，其本質是生成瞭一個GetList的實例。

那GetList實例是什麼呢？點擊Reflector中<GetList>鏈接查看。

  • 原來GetList類實現瞭IEnumerable和IEnumerator的泛型、非泛型接口
  • yield return返回的集合之所以能被迭代、遍歷，是因為GetList內部有迭代器
  • yield return之所以能實現"按需供給"，是因為GetList內部有一個_state字段記錄這上次的狀態

接下來，就模擬GetList，我們自定義一個GetRandomNumbersClass類，使之能達到yield return相同的效果。

using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
namespace ConsoleApplication2
{
    class Program
    {
        public static Random r = new Random();
        static IEnumerable<int> GetList(int count)
        {
            GetRandomNumbersClass ret = new GetRandomNumbersClass();
            ret.count = count;
            return ret;
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            foreach(int item in GetList(5))
                Console.WriteLine(item);
            Console.ReadKey();
        }
    }
    class GetRandomNumbersClass : IEnumerable<int>, IEnumerator<int>
    {
        public int count;//集合元素的數量
        public int i; //當前指針
        private int current;//存儲當前值
        private int state;//保存遍歷的狀態
        #region 實現IEnumerator接口
        public int Current
        {
            get { return current; }
        }
        public bool MoveNext()
        {
            switch (state)
            {
                case 0: //即為初始默認值
                    i = 0;//把指針調向0
                    goto case 1;
                    break;
                case 1:
                    state = 1;//先設置原狀態
                    if (!(i < count))//如果指針大於等於當前集合元素數量
                    {
                        return false;
                    }
                    current = Program.r.Next(10);
                    state = 2; //再設置當前狀態
                    return true;
                    break;
                case 2: //再次遍歷如果state值為2
                    i++;//指針再移動一位
                    goto  case 1;
                    break;
                    
            }
            return false;
        }
        //被顯式調用的屬性
        object IEnumerator.Current
        {
            get { return Current; }
        }
        public void Reset()
        {
            throw new NotImplementedException();
        }
        public void Dispose()
        {
        }
        #endregion
        #region 實現IEnumerable的泛型和非泛型
        public IEnumerator<int> GetEnumerator()
        {
            return this;
        }
        //被顯式調用的屬性
        IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
        {
            return GetEnumerator();
        }
        #endregion
    }
}

關於GetRandomNumbersClass類：

  • count表示集合的長度，可以在客戶端賦值。當調用迭代器的MoveNext方法，需要把count和當前位置比較，以決定是否可以再向前移動。
  • 字段i相當於索引，指針每次移動一位，i需要自增1
  • current表示當前存儲的值，外部通過IEnumerator.Current屬性訪問

迭代器的MoveNext方法是關鍵：

  • state字段是整型，表示產生集合過程中的3種狀態
  • 當state為0的時候，說明是初始狀態，把索引位置調到0，並跳轉到state為1的部分
  • 當state為1的時候，首先把狀態設置為1，然後判斷索引的位置有沒有大於或等於集合的長度，接著產生集合元素，把state設置為2,並最終返回true
  • 當sate為2的時候，也就是迭代器向前移動一位，再次執行MonveNext方法的時候，跳轉到state為2的語句塊部分，把索引位置自增1，再跳轉到state為1的語句塊中，產生新的集合元素
  • 如此循環

yield break的用法  

假設在一個無限循環的環境中獲取一個int類型的集合，在客戶端通過某個條件來終止循環。

    class Program
    {
        static Random rand = new Random();
        static IEnumerable<int> GetList()
        {
            while (true)
            {
                yield return rand.Next(100);
            }
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            foreach (int item in GetList())
            {
                if (item%10 == 0)
                {
                    break;
                }
                Console.WriteLine(item);
                
            }
            Console.ReadKey();
        }
    }

以上，當集合元素可以被10整除的時候，就終止循環。終止循環的時機是在循環遍歷的時候。

如果用yield break,就可以在獲取集合的時候，當符合某種條件就終止獲取集合。

    class Program
    {
        static Random rand = new Random();
        static IEnumerable<int> GetList()
        {
            while (true)
            {
                int temp = rand.Next(100);
                if (temp%10 == 0)
                {
                    yield break;
                }
                yield return temp;
            }
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            foreach (int item in GetList())
            {
                Console.WriteLine(item);             
            }
            Console.ReadKey();
        }
    }

總結：

  • yield return能返回一個"按需供給"的集合
  • yield return是"語法糖"，其背後是一個實現瞭IEnuerable,IEnumerator泛型、非泛型接口的類，該類維護著一個狀態字段，以保證yield return產生的集合能"按需供給"
  • yield break配合yield return使用，當產生集合達到某種條件的時候使用yield break，以終止繼續創建集合

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