C# yield关键字解析

作者:BlueBones_fan
来源:CSDN
原文:https://blog.csdn.net/fdyshlk/article/details/80215192


相信好多程序员都是因为unity的协程(Coroutine)认识yield这个关键字的,知道在unity的开发中诸如yield return null、yield return new WaitForSeconds(1.0f)的用法,其实yield是C#的关键字,unity的协程只是在c#的基础上做了一层封装,我们现在来看看yield这个关键字。

说到yield就不得不说迭代器,迭代器模式是设计模式的一种,因为其运用的普遍性,很多语言都有内嵌的原生支持。在.NET中,迭代器模式是通过IEnumerator、IEnumerable两个接口和两个同名的泛型接口来封装的:

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

IEnumerator只定义了一个属性、两个函数,Current为迭代器的当前值,通过调用MoveNext函数让迭代器的前进一步,返回值表示该迭代器是否结束,Reset函数用于重置数据。

 public interface IEnumerable
    {
        IEnumerator GetEnumerator();
    }

IEnumerable更简单,返回迭代器。一般这两个接口的实现位于不同的类中。
foreach关键字之所以能方便对数组、List、Dictionary进行循环,其实也是在背后调用IEnumarator的MoveNext函数从头遍历到尾,取出每次的Current值,说白了它是个语法糖,在编译后会对我们的代码自动替换。我们来看下List的迭代器实现:


public struct Enumerator : IEnumerator<T>, System.Collections.IEnumerator
        {
            private List<T> list;
            private int index;
            private int version;
            private T current;
 
            internal Enumerator(List<T> list) {
                this.list = list;
                index = 0;
                version = list._version;
                current = default(T);
            }
 
            public void Dispose() {
            }
 
            public bool MoveNext() {
 
                List<T> localList = list;
 
                if (version == localList._version && ((uint)index < (uint)localList._size)) 
                {                                                     
                    current = localList._items[index];                    
                    index++;
                    return true;
                }
                return MoveNextRare();
            }
 
            private bool MoveNextRare()
            {                
                if (version != list._version) {
                    ThrowHelper.ThrowInvalidOperationException(ExceptionResource.InvalidOperation_EnumFailedVersion);
                }
 
                index = list._size + 1;
                current = default(T);
                return false;                
            }
 
            public T Current {
                get {
                    return current;
                }
            }
 
            Object System.Collections.IEnumerator.Current {
                get {
                    if( index == 0 || index == list._size + 1) {
                         ThrowHelper.ThrowInvalidOperationException(ExceptionResource.InvalidOperation_EnumOpCantHappen);
                    }
                    return Current;
                }
            }
    
            void System.Collections.IEnumerator.Reset() {
                if (version != list._version) {
                    ThrowHelper.ThrowInvalidOperationException(ExceptionResource.InvalidOperation_EnumFailedVersion);
                }      
                index = 0;
                current = default(T);
            }
 }
public class List<T> : IEnumerable, ICollection, IList, ICollection<T>, IEnumerable<T>, IList<T>
{
    IEnumerator<T> IEnumerable<T>.GetEnumerator()
    {
        return new Enumerator(this);
    }

可以看到其实现是规规矩矩的继承了IEnumerator、IEnumerable及其两个泛型接口,一切都很完美,只有一个问题,是什么问题呢?答:写的太累了(手动滑稽)。终于引出了yield,没错,yield可以大大的简化迭代器代码,让Coder写起来更加轻松自在,我们的迭代代码可以这样写:

 public class Iteration: IEnumerable
    {
        public List<int> lstInfo = new List<int>() { 1, 3, 5, 7, 9, 11 };
        public IEnumerator GetEnumerator()
        {
            for (int i = 0; i < lstInfo.Count; ++i)
            {
                yield return lstInfo[i];
            }
        }
     }

对于使用者来说方式还是一样:

     static void IterationTest()
        {
            Iteration obj = new Iteration();
            foreach (var item in obj)
            {
                Console.WriteLine(item);
            }
        }

当然啦,List的迭代器代码还是好多是关于版本号判断的,我们的示例并没有相关的逻辑,不过就算是加上,代码依然可以精简很多,这就是yield的魅力所在。

有些人看到这可能还是迷惑,因为大部分的程序员的思路都是线性的,上面的Iteration类的GetEnumerator函数的for循环不是一下都遍历完了吗,怎么还能给foreach用,好蒙啊。。。yield很神奇吧?是这样的:Jon Skeet说:“迭代器模式的一个重要方面就是:不用一次返回所有数据,调用代码一次只需获取一个元素。”你可以理解为每次执行yield return都能够返回一个数据并暂停当前的状态,那暂停的状态什么时候会继续呢?在下一次调用到MoveNext的时候。什么时候会调用MoveNext?foreach执行完一次,进入下一次的时候。
如果还不是很明白,我们再来看看《c# in Depth》的经典例子:

class IteratorWorkflow
    {
        static readonly string Padding = new string(' ', 30);
 
        static IEnumerable<int> GetEnumerable()
        {
            Console.WriteLine("{0}Start of GetEnumerator()", Padding);
 
            for (int i = 0; i < 3; i++)
            {
                Console.WriteLine("{0}About to yield {1}", Padding, i);
                yield return i;
                Console.WriteLine("{0}After yield", Padding);
            }
 
            Console.WriteLine("{0}Yielding final value", Padding);
            yield return -1;
 
            Console.WriteLine("{0}End of GetEnumerator()", Padding);
        }
 
        public static void Main()
        {
            IEnumerable<int> iterable = GetEnumerable();
            IEnumerator<int> iterator = iterable.GetEnumerator();
 
            Console.WriteLine("Starting to iterate");
            while (true)
            {
                Console.WriteLine("Calling MoveNext()...");
                bool result = iterator.MoveNext();
                Console.WriteLine("... MoveNext result={0}", result);
                if (!result)
                {
                    break;
                }
                Console.WriteLine("Fetching Current...");
                Console.WriteLine("... Current result={0}", iterator.Current);
            }
        }
    }

输出的结果为:



我相信,如果你有对照着这个例子认真分析一遍的话,应该就能掌握yield这个知识点了,如果还不清楚,代码Copy下来,自己跑一遍~~

最后有几个知识点总结归纳一下:

1·在遇到yield break或者返回IEnumerator的函数体结束前,不管yield return 的值为多少,MoveNext都是会返回True。

2·在第一次调用MoveNext之前,返回IEnumerable的代码都不会执行,即使你有主动去调用它。

3·执行到yield return的地方,代码就暂停了,并返回相应的值,在下一次调用MoveNext时,从上次暂停的地方继续执行。

4·yield return 代码不能放入try...catch块中,但是能放入try...finally块中。

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