C# yield关键字详解
作者：junjie 时间：2021-08-01 13:06:06
对于yield关键字我们首先看一下msdn的解释：
如果你在语句中使用 yield 关键字，则意味着它在其中出现的方法、运算符或 get 访问器是迭代器。 通过使用 yield 定义迭代器，可在实现自定义集合类型的 IEnumerable 和 IEnumerator 模式时无需其他显式类（保留枚举状态的类，有关示例，请参阅 IEnumerator<T>）。
yield是一个语法糖
看msdn 的解释总是让人感觉生硬难懂。其实yield关键字很好理解。首先我们对于性质有个了解。yield是一个语法糖。既然yield是在C#中的一个语法糖，那么就说明yield是对一种复杂行为的简化，就是将一段代码简化为一种简单的形式，方便我们程序员使用。
那么yield到底是对什么行为的简化。我们首先来看一下yield的使用场景。
还是来看msdn上的例子。
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
namespace ConsoleApplication2
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
foreach (int i in Power(2, 8, ""))
{
Console.Write("{0} ", i);
}
Console.ReadKey();
}
public static IEnumerable<int> Power(int number, int exponent, string s)
{
int result = 1;
for (int i = 0; i < exponent; i++)
{
result = result * number;
yield return result;
}
yield return 3;
yield return 4;
yield return 5;
}
}
}
这是msdn上yield的一种使用场景。
我们首先看一下下面的Power方法。该静态方法返回一个IEnumerablel<int>类型的参数。按照我们平常的做法。应该对数据执行一定操作，然后return一个IEnumerablel<int>类型的参数。我们把Power方法改造如下：
public static IEnumerable<int> Power(int number, int exponent, string s)
{
int result = 1;
//接口不能实例化，我们这儿new一个实现了IEnumerable接口的List
IEnumerable<int> example = new List<int>();
for (int i = 0; i < exponent; i++)
{
result = result * number;
(example as List<int>).Add(result);
}
return example;
}
这是我们平常的思路。但是这样做就有个问题。这儿要new一个List,或者任何实现了IEnumerable接口的类型。这样也太麻烦了吧。要知道IEnumerable是一个常用的返回类型。每次使用都要new一个LIst,或者其他实现了该接口的类型。与其使用其他类型，不如我们自己定制一个实现了IEnumerable接口专门用来返回IEnumerable类型的类型。我们自己定制也很麻烦。所以微软帮我们定制好了。这个类是什么，那就是yield关键字这个语法糖。
语法糖的实现（实现IEnumerable<T>接口的类）
我们来看一下yield的反编译代码。
namespace ConsoleApplication2
{
using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Runtime.CompilerServices;
internal class Program
{
private static void Main(string[] args)
{
IEnumerable<int> enumerable = Power(2, 8);
Console.WriteLine("Begin to iterate the collection.");
foreach (int num in Power(2, 8))
{
Console.Write("{0} ", num);
}
Console.ReadKey();
}
public static IEnumerable<int> Power(int number, int exponent)
{
<Power>d__0 d__ = new <Power>d__0(-2);
d__.<>3__number = number;
d__.<>3__exponent = exponent;
return d__;
}
[CompilerGenerated]
private sealed class <Power>d__0 : IEnumerable<int>, IEnumerable, IEnumerator<int>, IEnumerator, IDisposable
{
private int <>1__state;
private int <>2__current;
public int <>3__exponent;
public int <>3__number;
private int <>l__initialThreadId;
public int <result>5__1;
public int exponent;
public int number;
[DebuggerHidden]
public <Power>d__0(int <>1__state)
{
this.<>1__state = <>1__state;
this.<>l__initialThreadId = Environment.CurrentManagedThreadId;
}
private bool MoveNext()
{
switch (this.<>1__state)
{
case 0:
this.<>1__state = -1;
this.<result>5__1 = 1;
Console.WriteLine("Begin to invoke GetItems() method");
this.<>2__current = 3;
this.<>1__state = 1;
return true;
case 1:
this.<>1__state = -1;
this.<>2__current = 4;
this.<>1__state = 2;
return true;
case 2:
this.<>1__state = -1;
this.<>2__current = 5;
this.<>1__state = 3;
return true;
case 3:
this.<>1__state = -1;
break;
}
return false;
}
[DebuggerHidden]
IEnumerator<int> IEnumerable<int>.GetEnumerator()
{
Program.<Power>d__0 d__;
if ((Environment.CurrentManagedThreadId == this.<>l__initialThreadId) && (this.<>1__state == -2))
{
this.<>1__state = 0;
d__ = this;
}
else
{
d__ = new Program.<Power>d__0(0);
}
d__.number = this.<>3__number;
d__.exponent = this.<>3__exponent;
return d__;
}
[DebuggerHidden]
IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
{
return this.System.Collections.Generic.IEnumerable<System.Int32>.GetEnumerator();
}
[DebuggerHidden]
void IEnumerator.Reset()
{
throw new NotSupportedException();
}
void IDisposable.Dispose()
{
}
int IEnumerator<int>.Current
{
[DebuggerHidden]
get
{
return this.<>2__current;
}
}
object IEnumerator.Current
{
[DebuggerHidden]
get
{
return this.<>2__current;
}
}
}
}
}
反编译代码有三部分，其中程序的入口点 private static void Main(string[] args) Power方法 public static IEnumerable<int> Power(int number, int exponent) 和我们自己写的代码一样，但是反编译代码中还多了一个密封类
private sealed class <Power>d__0 : IEnumerable<int>, IEnumerable, IEnumerator<int>, IEnumerator, IDisposable
现在情况已经明了了。yield这个语法糖实现了一个实现 IEnumerable<int>接口的类来返回我们需要到 IEnumerable<int>类型的数据。
我们再看一下反编译后的Power方法
public static IEnumerable<int> Power(int number, int exponent)
{
<Power>d__0 d__ = new <Power>d__0(-2);
d__.<>3__number = number;
d__.<>3__exponent = exponent;
return d__;
}
此时就确认，的确是使用了实现枚举接口的类来返回我们需要的数据类型。
每次yield return <expression>;就会像该类的实例中添加 一条数据。当yield break;的时候停止添加。
至此yield的用法就很清楚了。当我们需要返回IEnumerable类型的时候，直接yield返回数据就可以了。也不用new一个list,或其他类型。所以yield是一个典型的语法糖。
yield使用中的特殊情况
我们看到编译器将我们yield的数据添加到了一个集合中。Power方法在编译器中实例化了一个实现枚举接口的类型。但是我们在Power方法中写一些方法，编译器会如何处理
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
namespace ConsoleApplication2
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
//这儿调用了方法。
var test = Power(2, 8, "");
Console.WriteLine("Begin to iterate the collection.");
//Display powers of 2 up to the exponent of 8:
foreach (int i in Power(2, 8, ""))
{
Console.Write("{0} ", i);
}
Console.ReadKey();
}
public static IEnumerable<int> Power(int number, int exponent, string s)
{
int result = 1;
if (string.IsNullOrEmpty(s))
{
//throw new Exception("这是一个异常");
Console.WriteLine("Begin to invoke GetItems() method");
}
for (int i = 0; i < exponent; i++)
{
result = result * number;
yield return result;
}
yield return 3;
yield return 4;
yield return 5;
}
}
}
按照我们的理解当我们 var test = Power(2, 8, "");的时候确实调用了Power方法。此时应该程序打印Console.WriteLine("Begin to invoke GetItems() method");然后继续执行 Console.WriteLine("Begin to iterate the collection.");方法。所以打印顺序应该是
Begin to invoke GetItems() method
Begin to iterate the collection.
但是我们运行的时候却发现
打印顺序和我们想象的不同。此时还是去看反编译代码。
namespace ConsoleApplication2
{
using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Runtime.CompilerServices;
internal class Program
{
private static void Main(string[] args)
{
IEnumerable<int> enumerable = Power(2, 8, "");
Console.WriteLine("Begin to iterate the collection.");
foreach (int num in Power(2, 8, ""))
{
Console.Write("{0} ", num);
}
Console.ReadKey();
}
public static IEnumerable<int> Power(int number, int exponent, string s)
{
<Power>d__0 d__ = new <Power>d__0(-2);
d__.<>3__number = number;
d__.<>3__exponent = exponent;
d__.<>3__s = s;
return d__;
}
[CompilerGenerated]
private sealed class <Power>d__0 : IEnumerable<int>, IEnumerable, IEnumerator<int>, IEnumerator, IDisposable
{
private int <>1__state;
private int <>2__current;
public int <>3__exponent;
public int <>3__number;
public string <>3__s;
private int <>l__initialThreadId;
public int <i>5__2;
public int <result>5__1;
public int exponent;
public int number;
public string s;
[DebuggerHidden]
public <Power>d__0(int <>1__state)
{
this.<>1__state = <>1__state;
this.<>l__initialThreadId = Environment.CurrentManagedThreadId;
}
private bool MoveNext()
{
switch (this.<>1__state)
{
case 0:
this.<>1__state = -1;
this.<result>5__1 = 1;
if (string.IsNullOrEmpty(this.s))
{
Console.WriteLine("Begin to invoke GetItems() method");
}
this.<i>5__2 = 0;
while (this.<i>5__2 < this.exponent)
{
this.<result>5__1 *= this.number;
this.<>2__current = this.<result>5__1;
this.<>1__state = 1;
return true;
Label_009D:
this.<>1__state = -1;
this.<i>5__2++;
}
this.<>2__current = 3;
this.<>1__state = 2;
return true;
case 1:
goto Label_009D;
case 2:
this.<>1__state = -1;
this.<>2__current = 4;
this.<>1__state = 3;
return true;
case 3:
this.<>1__state = -1;
this.<>2__current = 5;
this.<>1__state = 4;
return true;
case 4:
this.<>1__state = -1;
break;
}
return false;
}
[DebuggerHidden]
IEnumerator<int> IEnumerable<int>.GetEnumerator()
{
Program.<Power>d__0 d__;
if ((Environment.CurrentManagedThreadId == this.<>l__initialThreadId) && (this.<>1__state == -2))
{
this.<>1__state = 0;
d__ = this;
}
else
{
d__ = new Program.<Power>d__0(0);
}
d__.number = this.<>3__number;
d__.exponent = this.<>3__exponent;
d__.s = this.<>3__s;
return d__;
}
[DebuggerHidden]
IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
{
return this.System.Collections.Generic.IEnumerable<System.Int32>.GetEnumerator();
}
[DebuggerHidden]
void IEnumerator.Reset()
{
throw new NotSupportedException();
}
void IDisposable.Dispose()
{
}
int IEnumerator<int>.Current
{
[DebuggerHidden]
get
{
return this.<>2__current;
}
}
object IEnumerator.Current
{
[DebuggerHidden]
get
{
return this.<>2__current;
}
}
}
}
}
我们看到Power方法
public static IEnumerable<int> Power(int number, int exponent, string s)
{
<Power>d__0 d__ = new <Power>d__0(-2);
d__.<>3__number = number;
d__.<>3__exponent = exponent;
d__.<>3__s = s;
return d__;
}
还是还我们没有加打印方法之前一样。我们的打印方法并没有出现在Power方法中，而是被封装进了实现枚举接口的类方法 private bool MoveNext()中。所以方法不会立即被执行，而是在我们使用数据的时候被执行。如果对此机制不了解，就容易出现另外一些意想不到的问题。例如在Power方法中添加一些验证程序，如果不符合条件就抛出一个异常。这样的异常检查不会被执行。只有我们使用数据的时候才会执行。这样就失去了检查数据的意义。
具体的例子可以看Artech博主的文章
另外使用yield还有一些注意事项：
你不能在具有以下特点的方法中包含 yield return 或 yield break 语句：
匿名方法。 有关详细信息，请参阅匿名方法（C# 编程指南）。
包含不安全的块的方法。 有关详细信息，请参阅unsafe（C# 参考）。
异常处理
不能将 yield return 语句置于 try-catch 块中。 可将 yield return 语句置于 try-finally 语句的 try 块中。
yield break 语句可以位于 try 块或 catch 块，但不能位于 finally 块。
如果 foreach 主体（在迭代器方法之外）引发异常，则将执行迭代器方法中的 finally 块。
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