《c#高级编程》第2章C#2.0中的更改（三）——迭代器

一、概念

C#迭代器（Iterator）是一种特殊类型的方法，它使得在使用循环遍历数据集合时更加简单和有效。使用迭代器可以通过简单地定义迭代器方法来自动实现枚举器模式。

当您需要访问一个数据集合中的每个元素时，可以使用迭代器来遍历该集合。C#中的迭代器通过yield关键字实现。yield语句用于指示方法返回一个序列，并返回一系列值。这些值会被逐个返回到调用方，并且方法的当前状态会保留下来，以便下次调用时继续执行。

以下是一个使用迭代器的简单示例，其中展示了如何使用它来遍历整数数组：

```csharp
static IEnumerable<int> GetNumbers()
{
int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };
foreach (int number in numbers)
{
yield return number;
}
}
```

在这个示例中，GetNumbers()方法返回一个IEnumerable<int>类型的迭代器。在foreach循环中，使用yield return语句依次返回数组中的每个数字。

使用迭代器有以下几个好处：

1. 简化代码结构：使用迭代器使得代码结构更加清晰、简洁。

2. 节省内存：由于迭代器只是逐个返回序列中的元素，所以可以大大减少内存的使用。

3. 延迟计算：当使用yield return语句时，元素是按需生成的，这意味着在需要时才会计算。这可以提高性能，并允许处理非常大的数据集合。

4. 支持Linq查询：由于迭代器实现了IEnumerable和IEnumerator接口，因此它们可以与Linq查询一起使用。

总之，C#迭代器是一种非常有用的工具，它使得遍历和操作数据集合变得更加简单、高效和灵活。通过使用yield关键字，可以轻松地定义自己的迭代器方法，并利用其强大的功能来提高代码质量和性能。

二、使用场景

以下是使用C#迭代器的经典场景和演示代码：

1. 遍历集合数据

使用 C# 迭代器可以更方便地遍历一个集合中的所有元素，而不必事先知道集合的大小。

public class MyList<T> : IEnumerable<T>
{
    private List<T> _list;

    public MyList()
    {
        _list = new List<T>();
    }

    public void Add(T item)
    {
        _list.Add(item);
    }

    public IEnumerator<T> GetEnumerator()
    {
        for (int i = 0; i < _list.Count; i++)
        {
            yield return _list[i];
        }
    }

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

// 使用 MyList 遍历元素
var list = new MyList<int>();
list.Add(1);
list.Add(2);
list.Add(3);

foreach (var item in list)
{
    Console.WriteLine(item);
}

输出结果：
1
2
3

2. 实现延迟加载

使用 C# 迭代器可以实现延迟加载，也就是说只有在需要访问某个元素时才会去加载它，从而提高程序的性能和效率。

public class LazyDataLoader<T> : IEnumerable<T>
{
    private Func<IEnumerable<T>> _dataLoader;

    public LazyDataLoader(Func<IEnumerable<T>> dataLoader)
    {
        _dataLoader = dataLoader;
    }

    public IEnumerator<T> GetEnumerator()
    {
        foreach (var item in _dataLoader())
        {
            yield return item;
        }
    }

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

// 使用 LazyDataLoader 延迟加载数据
var dataLoader = new LazyDataLoader<int>(() => Enumerable.Range(1, 100000));
    
foreach (var item in dataLoader)
{
    Console.WriteLine(item);
}

输出结果：
1
2
...
99999
100000

3. 处理大型数据集

如果数据集非常大，无法一次性全部加载到内存中，使用 C# 迭代器可以分批次地读取数据，从而降低内存消耗。

public class BigDataLoader<T> : IEnumerable<T>
{
    private Func<IEnumerable<T>> _dataLoader;
    private int _batchSize;

    public BigDataLoader(Func<IEnumerable<T>> dataLoader, int batchSize)
    {
        _dataLoader = dataLoader;
        _batchSize = batchSize;
    }

    public IEnumerator<T> GetEnumerator()
    {
        var buffer = new T[_batchSize];
        var count = 0;

        foreach (var item in _dataLoader())
        {
            buffer[count++] = item;

            if (count == _batchSize)
            {
                for (int i = 0; i < count; i++)
                {
                    yield return buffer[i];
                }

                count = 0;
            }
        }

        for (int i = 0; i < count; i++)
        {
            yield return buffer[i];
        }
    }

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

// 使用 BigDataLoader 分批次读取数据
var bigDataLoader = new BigDataLoader<int>(() => Enumerable.Range(1, 100000), 1000);

foreach (var item in bigDataLoader)
{
    Console.WriteLine(item);
}
输出结果：
1
2
...
99999
100000

4. 实现自定义的遍历逻辑

有时候我们需要按照特定的顺序或方式遍历集合数据，使用 C# 迭代器可以方便地实现自定义的遍历逻辑。

public class EvenNumberGenerator : IEnumerable<int>
{
    private int _start;
    private int _end;

    public EvenNumberGenerator(int start, int end)
    {
        _start = start % 2 == 0 ? start : start + 1;
        _end = end % 2 == 0 ? end : end - 1;
    }

    public IEnumerator<int> GetEnumerator()
    {
        for (int i = _start; i <= _end; i += 2)
        {
            yield return i;
        }
    }

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

// 使用 EvenNumberGenerator 遍历偶数
var evenNumbers = new EvenNumberGenerator(10, 20);

foreach (var item in evenNumbers)
{
    Console.WriteLine(item);
}
输出结果：
10
12
14
16
18
20

5. 简化代码结构

使用 C# 迭代器可以简化代码结构，使得代码更加易读易懂，从而提高代码的可维护性和可读性。

public class FibonacciSequence : IEnumerable<int>
{
    private int _count;

    public FibonacciSequence(int count)
    {
        _count = count;
    }

    public IEnumerator<int> GetEnumerator()
    {
        int a = 0;
        int b = 1;

        for (int i = 0; i < _count; i++)
        {
            yield return a;

            int temp = a;
            a = b;
            b = temp + b;
        }
    }

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

// 使用 FibonacciSequence 生成斐波那契数列
var fibonacci = new FibonacciSequence(10);

foreach (var item in fibonacci)
{
    Console.WriteLine(item);
}

输出结果：
0
1
1
2
3
5
8
13
21
34