探秘C#中的yield关键字

在"C#中,什么时候用yield return"中，我们了解到：使用yield return返回集合，不是一次性加载到内存中，而是客户端每调用一次就返回一个集合元素，是一种"按需供给"。本篇来重温yield return的用法，探秘yield背后的故事并自定义一个能达到yield return相同效果的类，最后体验yield break的用法。

 

□ 回顾yield return的用法

以下代码创建一个集合并遍历集合。

   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也能获得同样的结果。修改GetList方法为：

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

通过断点调试发现：客户端每显示一个集合中的元素，都会到GetList方法去获取集合元素。

 

□ 探密yield

使用yield return获取集合，并遍历。

    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();
        }
    }

生成项目，并用Reflector反编译可执行文件。在.NET 1.0版本下查看GetList方法，发现该方法返回的是一个GetList类的实例。原来yield return是"语法糖"，其本质是生成了一个GetList的实例。

 

那GetList实例是什么呢？点击Reflector中<GetList>链接查看。

○ 原来GetList类实现了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、遍历，是因为GetList内部有迭代器
○ yield return之所以能实现"按需供给"，是因为GetList内部有一个_state字段记录这上次的状态

 

接下来，就模拟GetList，我们自定义一个GetRandomNumbersClass类，使之能达到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;//集合元素的数量
        public int i; //当前指针
        private int current;//存储当前值
        private int state;//保存遍历的状态
        #region 实现IEnumerator接口
        public int Current
        {
            get { return current; }
        }
        public bool MoveNext()
        {
            switch (state)
            {
                case 0: //即为初始默认值
                    i = 0;//把指针调向0
                    goto case 1;
                    break;
                case 1:
                    state = 1;//先设置原状态
                    if (!(i < count))//如果指针大于等于当前集合元素数量
                    {
                        return false;
                    }
                    current = Program.r.Next(10);
                    state = 2; //再设置当前状态
                    return true;
                    break;
                case 2: //再次遍历如果state值为2
                    i++;//指针再移动一位
                    goto  case 1;
                    break;
                    
            }
            return false;
        }
        //被显式调用的属性
        object IEnumerator.Current
        {
            get { return Current; }
        }
        public void Reset()
        {
            throw new NotImplementedException();
        }
        public void Dispose()
        {
        }
        #endregion
        #region 实现IEnumerable的泛型和非泛型
        public IEnumerator<int> GetEnumerator()
        {
            return this;
        }
        //被显式调用的属性
        IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
        {
            return GetEnumerator();
        }
        #endregion
    }
}

关于GetRandomNumbersClass类：
○ count表示集合的长度，可以在客户端赋值。当调用迭代器的MoveNext方法，需要把count和当前位置比较，以决定是否可以再向前移动。
○ 字段i相当于索引，指针每次移动一位，i需要自增1
○ current表示当前存储的值，外部通过IEnumerator.Current属性访问

 

迭代器的MoveNext方法是关键：
○ state字段是整型，表示产生集合过程中的3种状态
○ 当state为0的时候，说明是初始状态，把索引位置调到0，并跳转到state为1的部分
○ 当state为1的时候，首先把状态设置为1，然后判断索引的位置有没有大于或等于集合的长度，接着产生集合元素，把state设置为2,并最终返回true
○ 当sate为2的时候，也就是迭代器向前移动一位，再次执行MonveNext方法的时候，跳转到state为2的语句块部分，把索引位置自增1，再跳转到state为1的语句块中，产生新的集合元素
○ 如此循环

□ yield break的用法  

假设在一个无限循环的环境中获取一个int类型的集合，在客户端通过某个条件来终止循环。

    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，当集合元素可以被10整除的时候，就终止循环。终止循环的时机是在循环遍历的时候。

 

如果用yield break,就可以在获取集合的时候，当符合某种条件就终止获取集合。

    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();
        }
    }

 

总结：
○ yield return能返回一个"按需供给"的集合
○ yield return是"语法糖"，其背后是一个实现了IEnuerable,IEnumerator泛型、非泛型接口的类，该类维护着一个状态字段，以保证yield return产生的集合能"按需供给"
○ yield break配合yield return使用，当产生集合达到某种条件的时候使用yield break，以终止继续创建集合