不能不说的C#特性-迭代器(下)，yield以及流的延迟计算

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不能不说的C#特性-对象集合初始化器
不能不说的C#特性-匿名类型与隐式类型局部变量
不能不说的C#特性-扩展方法 
不能不说的C#特性-匿名方法和Lambda表达式
不能不说的C#特性-迭代器(上)及一些研究过程中的副产品

不能不说的C#特性-迭代器(下)，yield以及流的延迟计算

 

题目：从0遍历到20(不包括20)，输出遍历到的每个元素，并将大于2的所有数字放到一个IEnumerable<int>中返回

解答1：(我以前经常这样做)

static IEnumerable<int> WithNoYield()
        {
            IList<int> list = new List<int>();
            for (int i = 0; i < 20; i++)
            {
                Console.WriteLine(i.ToString());
                if(i > 2)
                    list.Add(i);
            }
            return list;
        }

解答2：(自从有了C# 2.0我们还可以这样做)

static IEnumerable<int> WithYield()
        {
            for (int i = 0; i < 20; i++)
            {
                Console.WriteLine(i.ToString());
                if(i > 2)
                    yield return i;
            }
        }

如果我用下面这样的代码测试，会得到怎样的输出？

测试1：

测试WithNoYield()

static void Main()
        {
            WithNoYield();
            Console.ReadLine();
        }

测试WithYield()

 static void Main()
        {
            WithYield();
            Console.ReadLine();
        }

测试2：

测试WithNoYield()

static void Main()
        {
            foreach (int i in WithNoYield())
            {
                Console.WriteLine(i.ToString());
            }
            Console.ReadLine();
        }

测试WithYield()

static void Main()
        {
            foreach (int i in WithYield())
            {
                Console.WriteLine(i.ToString());
            }
            Console.ReadLine();
        }

  给你5分钟时间给出答案，不要上机运行

 

 

 

 

 

 

 

*********************************5分钟后***************************************

测试1的运算结果

测试WithNoYield()：输出从0-19的数字

测试WithYield()：什么都不输出

测试2的运算结果

测试WithNoYield():输出1-19接着输出3-19

测试WithYield()：输出12334455…….

(为节省空间上面的答案没有原样粘贴，可以自己运行测试)

 

是不是感到很奇怪，为什么使用了yield的程序表现的如此怪异呢？

测试1中对WithYield()的测试，明明方法调用了，居然一行输出都没有，难道for循环根本没有执行？通过断点调试果然如此，for循环根本没有进去，这是咋回事？测试2中对WithYield()的测试输出是有了，不过输出怎么这么有趣？穿插着输出，在foreach遍历WithYield()的结果的时候，好像不等到最后一条遍历完，WithYield()不退出，这又是怎么回事？

还是打开IL代码瞧一瞧到底发生了什么吧

Main方法的IL代码：

.method private hidebysig static void Main() cil managed
{
    .entrypoint
    .maxstack 1
    .locals init (
        [0] int32 i,
        [1] class [mscorlib]System.Collections.Generic.IEnumerator`1<int32> CS$5$0000)
    L_0000: call class [mscorlib]System.Collections.Generic.IEnumerable`1<int32> TestLambda.Program::WithYield()
    L_0005: callvirt instance class [mscorlib]System.Collections.Generic.IEnumerator`1<!0> [mscorlib]System.Collections.Generic.IEnumerable`1<int32>::GetEnumerator()
    L_000a: stloc.1 
    L_000b: br.s L_0020
    L_000d: ldloc.1 
    L_000e: callvirt instance !0 [mscorlib]System.Collections.Generic.IEnumerator`1<int32>::get_Current()
    L_0013: stloc.0 
    L_0014: ldloca.s i
    L_0016: call instance string [mscorlib]System.Int32::ToString()
    L_001b: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
    L_0020: ldloc.1 
    L_0021: callvirt instance bool [mscorlib]System.Collections.IEnumerator::MoveNext()
    L_0026: brtrue.s L_000d
    L_0028: leave.s L_0034
    L_002a: ldloc.1 
    L_002b: brfalse.s L_0033
    L_002d: ldloc.1 
    L_002e: callvirt instance void [mscorlib]System.IDisposable::Dispose()
    L_0033: endfinally 
    L_0034: call string [mscorlib]System.Console::ReadLine()
    L_0039: pop 
    L_003a: ret 
    .try L_000b to L_002a finally handler L_002a to L_0034
}

这里没什么稀奇的，在上一篇我已经分析过了，foreach内部就是转换成调用迭代器的MoveNext()方法进行while循环。我浏览到WithYield()方法：

private static IEnumerable<int> WithYield()
{
    return new <WithYield>d__0(-2);
}

晕，怎么搞的，这是我写的代码么？我的for循环呢？经过我再三确认，确实是我写的代码生成的。我心里暗暗叫骂，编译器，你怎么能这样“无耻”，在背后修改我的代码，你这不侵权么。还给我新生成了一个类<WithYield>d__0，这个类实现了这么几个接口：IEnumerable<int>, IEnumerable, IEnumerator<int>, IEnumerator, IDisposable（好啊，这个类将枚举接口和迭代器接口都实现了）

现在能解答测试1为什么没有输出了，调用WithYield()里面就是调用了一下<WithYield>d__0的构造方法，<WithYield>d__0的构造方法的代码：

public <WithYield>d__0(int <>1__state)
    {
        this.<>1__state = <>1__state;
        this.<>l__initialThreadId = Thread.CurrentThread.ManagedThreadId;
    }

这里没有任何输出。

在测试2中，首先我们会调用<WithYield>d__0的GetEnumerator()方法，这个方法里将一个整型局部变量<>1__state初始化为0，再看看MoveNext()方法的代码：

private bool MoveNext()
    {
        switch (this.<>1__state)
        {
            case 0:
                this.<>1__state = -1;
                this.<i>5__1 = 0;
                goto Label_006A;

            case 1:
                this.<>1__state = -1;
                goto Label_005C;

            default:
                goto Label_0074;
        }
    Label_005C:
        this.<i>5__1++;
    Label_006A:
        if (this.<i>5__1 < 20)
        {
            Console.WriteLine(this.<i>5__1.ToString());
            if (this.<i>5__1 > 2)
            {
                this.<>2__current = this.<i>5__1;
                this.<>1__state = 1;
                return true;
            }
            goto Label_005C;
        }
    Label_0074:
        return false;
    }

 

原来我们for循环里面的Console.WriteLine跑到这里来了，所以没等到MoveNext()调用，for里面的输出也是不会被执行的，因为每次遍历都要访问MoveNext()方法，所以没有等到返回结果里面的元素遍历完WithYield()也是不会退出的。现在我们的测试程序所表现出来的怪异行为是可以找到依据了，那就是：编译器在后台搞了鬼。

实际上这种实现在理论上是有支撑的：延迟计算(Lazy evaluation或delayed evaluation)在Wiki上可以找到它的解释：将计算延迟，直到需要这个计算的结果的时候才计算，这样就可以因为避免一些不必要的计算而改进性能，在合成一些表达式时候还可以避免一些不必要的条件，因为这个时候其他计算都已经完成了，所有的条件都已经明确了，有的根本不可达的条件可以不用管了。反正就是好处很多了。

延迟计算来源自函数式编程，在函数式编程里，将函数作为参数来传递，你想呀，如果这个函数一传递就被计算了，那还搞什么搞，如果你使用了延迟计算，表达式在没有使用的时候是不会被计算的，比如有这样一个应用：x=expression，将这个表达式赋给x变量，但是如果x没有在别的地方使用的话这个表达式是不会被计算的，在这之前x里装的是这个表达式。

 

看来这个延迟计算真是个好东西，别担心，整个Linq就是建立在这之上的，这个延迟计算可是帮了Linq的大忙啊(难道在2.0的时候，微软就为它的Linq开始蓄谋了？)，看下面的代码：

var result = from book in books
    where book.Title.StartWiths(“t”)
    select book
if(state > 0)
{
    foreach(var item in result)
    {
        //….
}
}

 

result是一个实现了IEnumerable<T>接口的类(在Linq里，所有实现了IEnumerable<T>接口的类都被称作sequence)，对它的foreach或者while的访问必须通过它对应的IEnumerator<T>的MoveNext()方法，如果我们把一些耗时的或者需要延迟的操作放在MoveNext()里面，那么只有等到MoveNext()被访问，也就是result被使用的时候那些操作才会执行，而给result赋值啊，传递啊，什么的，那些耗时的操作都没有被执行。

如果上面这段代码，最后由于state小于0，而对result没有任何需求了，在Linq里返回的结果都是IEnumerable<T>的，如果这里没有使用延迟计算，那那个Linq表达式不就白运算了么？如果是Linq to Objects还稍微好点，如果是Linq to SQL，而且那个数据库表又很大，真是得不偿失啊，所以微软想到了这点，这里使用了延迟计算，只有等到程序别的地方使用了result才会计算这里的Linq表达式的值的，这样Linq的性能也比以前提高了不少，而且Linq to SQL最后还是要生成SQL语句的，对于SQL语句的生成来说，如果将生成延迟，那么一些条件就先确定好了，生成SQL语句的时候就可以更精练了。还有，由于MoveNext()是一步步执行的，循环一次执行一次，所以如果有这种情况：我们遍历一次判断一下，不满足我们的条件了我们就退出，如果有一万个元素需要遍历，当遍历到第二个的时候就不满足条件了，这个时候我们就可就此退出，后面那么多元素实际上都没处理呢，那些元素也没有被加载到内存中来。

延迟计算还有很多惟妙惟肖的特质，也许以后你也可以按照这种方式来编程了呢。写到这里我突然想到了Command模式，Command模式将方法封装成类，Command对象在传递等时候是不会执行任何东西的，只有调用它内部那个方法他才会执行，这样我们就可以把命令到处发，还可以压栈啊等等而不担心在传递过程中Command被处理了，也许这也算是一种延迟计算吧。

 

 

本文也只是很浅的谈了一下延迟计算的东西，从这里还可以牵扯到并发编程模型和协同程序等更多内容，由于本人才疏学浅，所以只能介绍到这个地步了，上面一些说法也是我个人理解，肯定有很多不妥地方，欢迎大家拍砖。

foreach,yield，这个我们平常经常使用的东西居然背后还隐藏着这么多奇妙的地方，我也是今天才知道，看来未来的路还很远很远啊。

路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。

 

祝大家编程愉快