迭代器 (C#)

迭代器可用于逐步迭代集合,例如列表和数组。

迭代器方法或 get 访问器可对集合执行自定义迭代。 迭代器方法使用 yield return 语句返回元素,每次返回一个。 到达 yield return 语句时,会记住当前在代码中的位置。 下次调用迭代器函数时,将从该位置重新开始执行。

通过 foreach 语句或 LINQ 查询从客户端代码中使用迭代器。

在以下示例中,foreach 循环的首次迭代导致 SomeNumbers 迭代器方法继续执行,直至到达第一个 yield return 语句。 此迭代返回的值为 3,并保留当前在迭代器方法中的位置。 在循环的下次迭代中,迭代器方法的执行将从其暂停的位置继续,直至到达 yield return 语句后才会停止。 此迭代返回的值为 5,并再次保留当前在迭代器方法中的位置。 到达迭代器方法的结尾时,循环便已完成。

static void Main()
{
    foreach (int number in SomeNumbers())
    {
        Console.Write(number.ToString() + " ");
    }
    // Output: 3 5 8
    Console.ReadKey();
}

public static System.Collections.IEnumerable SomeNumbers()
{
    yield return 3;
    yield return 5;
    yield return 8;
}

迭代器方法或 get 访问器的返回类型可以是 IEnumerableIEnumerable<T>IEnumeratorIEnumerator<T>

可以使用 yield break 语句来终止迭代。

注意

对于本主题中除简单迭代器示例以外的所有示例,请为 System.CollectionsSystem.Collections.Generic 命名空间加入 using 指令。

简单的迭代器

下例包含一个位于 for 循环内的 yield return 语句。 在 Main 中,foreach 语句体的每次迭代都会创建一个对迭代器函数的调用,并将继续到下一个 yield return 语句。

static void Main()
{
    foreach (int number in EvenSequence(5, 18))
    {
        Console.Write(number.ToString() + " ");
    }
    // Output: 6 8 10 12 14 16 18
    Console.ReadKey();
}

public static System.Collections.Generic.IEnumerable<int>
    EvenSequence(int firstNumber, int lastNumber)
{
    // Yield even numbers in the range.
    for (int number = firstNumber; number <= lastNumber; number++)
    {
        if (number % 2 == 0)
        {
            yield return number;
        }
    }
}

创建集合类

在以下示例中,DaysOfTheWeek 类实现 IEnumerable 接口,此操作需要 GetEnumerator 方法。 编译器隐式调用 GetEnumerator 方法,此方法返回 IEnumerator

GetEnumerator 方法通过使用 yield return 语句每次返回 1 个字符串。

static void Main()
{
    DaysOfTheWeek days = new DaysOfTheWeek();

    foreach (string day in days)
    {
        Console.Write(day + " ");
    }
    // Output: Sun Mon Tue Wed Thu Fri Sat
    Console.ReadKey();
}

public class DaysOfTheWeek : IEnumerable
{
    private string[] days = ["Sun", "Mon", "Tue", "Wed", "Thu", "Fri", "Sat"];

    public IEnumerator GetEnumerator()
    {
        for (int index = 0; index < days.Length; index++)
        {
            // Yield each day of the week.
            yield return days[index];
        }
    }
}

下例创建了一个包含动物集合的 Zoo 类。

引用类实例 (theZoo) 的 foreach 语句隐式调用 GetEnumerator 方法。 引用 BirdsMammals 属性的 foreach 语句使用 AnimalsForType 命名迭代器方法。

static void Main()
{
    Zoo theZoo = new Zoo();

    theZoo.AddMammal("Whale");
    theZoo.AddMammal("Rhinoceros");
    theZoo.AddBird("Penguin");
    theZoo.AddBird("Warbler");

    foreach (string name in theZoo)
    {
        Console.Write(name + " ");
    }
    Console.WriteLine();
    // Output: Whale Rhinoceros Penguin Warbler

    foreach (string name in theZoo.Birds)
    {
        Console.Write(name + " ");
    }
    Console.WriteLine();
    // Output: Penguin Warbler

    foreach (string name in theZoo.Mammals)
    {
        Console.Write(name + " ");
    }
    Console.WriteLine();
    // Output: Whale Rhinoceros

    Console.ReadKey();
}

public class Zoo : IEnumerable
{
    // Private members.
    private List<Animal> animals = new List<Animal>();

    // Public methods.
    public void AddMammal(string name)
    {
        animals.Add(new Animal { Name = name, Type = Animal.TypeEnum.Mammal });
    }

    public void AddBird(string name)
    {
        animals.Add(new Animal { Name = name, Type = Animal.TypeEnum.Bird });
    }

    public IEnumerator GetEnumerator()
    {
        foreach (Animal theAnimal in animals)
        {
            yield return theAnimal.Name;
        }
    }

    // Public members.
    public IEnumerable Mammals
    {
        get { return AnimalsForType(Animal.TypeEnum.Mammal); }
    }

    public IEnumerable Birds
    {
        get { return AnimalsForType(Animal.TypeEnum.Bird); }
    }

    // Private methods.
    private IEnumerable AnimalsForType(Animal.TypeEnum type)
    {
        foreach (Animal theAnimal in animals)
        {
            if (theAnimal.Type == type)
            {
                yield return theAnimal.Name;
            }
        }
    }

    // Private class.
    private class Animal
    {
        public enum TypeEnum { Bird, Mammal }

        public string Name { get; set; }
        public TypeEnum Type { get; set; }
    }
}

对泛型列表使用迭代器

在以下示例中,Stack<T> 泛型类实现 IEnumerable<T> 泛型接口。 Push 方法将值分配给类型为 T 的数组。 GetEnumerator 方法通过使用 yield return 语句返回数组值。

除了泛型 GetEnumerator 方法,还必须实现非泛型 GetEnumerator 方法。 这是因为从 IEnumerable 继承了 IEnumerable<T>。 非泛型实现遵从泛型实现的规则。

本示例使用命名迭代器来支持通过各种方法循环访问同一数据集合。 这些命名迭代器为 TopToBottomBottomToTop 属性,以及 TopN 方法。

BottomToTop 属性在 get 访问器中使用迭代器。

static void Main()
{
    Stack<int> theStack = new Stack<int>();

    //  Add items to the stack.
    for (int number = 0; number <= 9; number++)
    {
        theStack.Push(number);
    }

    // Retrieve items from the stack.
    // foreach is allowed because theStack implements IEnumerable<int>.
    foreach (int number in theStack)
    {
        Console.Write("{0} ", number);
    }
    Console.WriteLine();
    // Output: 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

    // foreach is allowed, because theStack.TopToBottom returns IEnumerable(Of Integer).
    foreach (int number in theStack.TopToBottom)
    {
        Console.Write("{0} ", number);
    }
    Console.WriteLine();
    // Output: 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

    foreach (int number in theStack.BottomToTop)
    {
        Console.Write("{0} ", number);
    }
    Console.WriteLine();
    // Output: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

    foreach (int number in theStack.TopN(7))
    {
        Console.Write("{0} ", number);
    }
    Console.WriteLine();
    // Output: 9 8 7 6 5 4 3

    Console.ReadKey();
}

public class Stack<T> : IEnumerable<T>
{
    private T[] values = new T[100];
    private int top = 0;

    public void Push(T t)
    {
        values[top] = t;
        top++;
    }
    public T Pop()
    {
        top--;
        return values[top];
    }

    // This method implements the GetEnumerator method. It allows
    // an instance of the class to be used in a foreach statement.
    public IEnumerator<T> GetEnumerator()
    {
        for (int index = top - 1; index >= 0; index--)
        {
            yield return values[index];
        }
    }

    IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
    {
        return GetEnumerator();
    }

    public IEnumerable<T> TopToBottom
    {
        get { return this; }
    }

    public IEnumerable<T> BottomToTop
    {
        get
        {
            for (int index = 0; index <= top - 1; index++)
            {
                yield return values[index];
            }
        }
    }

    public IEnumerable<T> TopN(int itemsFromTop)
    {
        // Return less than itemsFromTop if necessary.
        int startIndex = itemsFromTop >= top ? 0 : top - itemsFromTop;

        for (int index = top - 1; index >= startIndex; index--)
        {
            yield return values[index];
        }
    }

}

语法信息

迭代器可用作一种方法,或一个 get 访问器。 不能在事件、实例构造函数、静态构造函数或静态终结器中使用迭代器。

必须存在从 yield return 语句中的表达式类型到迭代器返回的 IEnumerable<T> 类型参数的隐式转换。

在 C# 中,迭代器方法不能有任何 inrefout 参数。

在 C# 中,yield 不是保留字,只有在 returnbreak 关键字之前使用时才有特殊含义。

技术实现

即使将迭代器编写成方法,编译器也会将其转换为实际上是状态机的嵌套类。 只要客户端代码中的 foreach 循环继续,此类就会跟踪迭代器的位置。

若要查看编译器执行的操作,可使用 Ildasm.exe 工具查看为迭代器方法生成的 Microsoft 中间语言代码。

结构创建迭代器时,不必实现整个 IEnumerator 接口。 编译器检测到迭代器时,会自动生成 IEnumeratorIEnumerator<T> 接口的 CurrentMoveNextDispose 方法。

foreach 循环(或对 IEnumerator.MoveNext 的直接调用)的每次后续迭代中,下一个迭代器代码体都会在上一个 yield return 语句之后恢复。 然后继续下一个 yield return 语句,直至到达迭代器体的结尾,或直至遇到 yield break 语句。

迭代器不支持 IEnumerator.Reset 方法。 若要从头开始重新迭代,必须获取新的迭代器。 在迭代器方法返回的迭代器上调用 Reset 会引发 NotSupportedException

有关其他信息,请参阅 C# 语言规范

迭代器的使用

需要使用复杂代码填充列表序列时,使用迭代器可保持 foreach 循环的简单性。 需执行以下操作时,这可能很有用:

  • 在第一次 foreach 循环迭代之后,修改列表序列。

  • 避免在 foreach 循环的第一次迭代之前完全加载大型列表。 一个示例是用于加载一批表格行的分页提取。 另一个示例是 EnumerateFiles 方法,该方法在 .NET 中实现迭代器。

  • 在迭代器中封装生成列表。 使用迭代器方法,可生成该列表,然后在循环中产出每个结果。

请参阅