迭代器 (C#)

「迭代器」可用來逐步執行集合,例如清單和陣列。

迭代器方法或 get 存取子會對集合執行自訂反覆運算。 迭代器方法使用 yield return 陳述式,一次傳回一個項目。 當到達 yield return 陳述式時,系統會記住程式碼中的目前位置。 下次呼叫迭代器函式時,便會從這個位置重新開始執行。

您會使用 foreach 陳述式或使用 LINQ 查詢,透過用戶端程式碼取用迭代器。

在下列範例中,第一次反覆運算 foreach 迴圈會使 SomeNumbers 迭代器方法中的執行繼續,直到到達第一個 yield return 陳述式為止。 此反覆運算會傳回值 3,並保留迭代器方法中的目前位置。 下次反覆運算迴圈時,迭代器方法中的執行會從上次停止的位置繼續,並且在到達 yield return 陳述式時再次停止。 此反覆運算會傳回值 5,並再次保留迭代器方法中的目前位置。 當到達迭代器方法結尾時,迴圈便完成。

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 存取子的傳回型別可以是 IEnumerableIEnumerable<T>IEnumeratorIEnumerator<T>

您可以使用 yield break 陳述式結束反覆項目。

注意

如需本主題中除簡易迭代器範例以外的其他所有範例,請加入 System.CollectionsSystem.Collections.Generic 命名空間的 using 指示詞。

簡單的 Iterator

下列範例在 for 迴圈內有一行 yield return 陳述式。 在 Main 中,每次反覆運算 foreach 陳述式主體都會建立迭代器函式的呼叫,以繼續進行下一個 yield return 陳述式。

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;
        }
    }
}

建立集合類別

在以下範例中,DaysOfTheWeek 類別會實作 IEnumerable 介面,而這個介面需使用 GetEnumerator 方法。 編譯器會隱含呼叫 GetEnumerator 方法,以傳回 IEnumerator

GetEnumerator 方法使用 yield return 陳述式,一次傳回一個字串。

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];
        }
    }
}

下列範例會建立 Zoo 類別,其中包含動物的集合。

參考類別執行個體 (theZoo) 的 foreach 陳述式會隱含呼叫 GetEnumerator 方法。 參考 BirdsMammals 屬性的 foreach 陳述式會使用 AnimalsForType 具名迭代器方法。

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; }
    }
}

搭配泛型清單使用迭代器

在以下範例中,Stack<T> 泛型類別會實作 IEnumerable<T> 泛型介面。 Push 方法會將值指派給 T 類型的陣列。 GetEnumerator 方法會使用 yield return 陳述式以傳回陣列值。

除了泛型 GetEnumerator 方法,您也必須實作非泛型 GetEnumerator 方法。 這是因為 IEnumerable<T> 繼承自 IEnumerable。 非泛型實作會延後到泛型實作。

此範例使用具名迭代器來支援逐一查看相同資料集合的各種方法。 這些具名迭代器是 TopToBottomBottomToTop 屬性,以及 TopN 方法。

BottomToTop 屬性會在 get 存取子中使用迭代器。

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];
        }
    }

}

語法資訊

出現的迭代器可以是方法或 get 存取子。 迭代器不能出現在事件、執行個體建構函式、靜態建構函式或靜態完成項中。

從語句中的運算式類型 yield return 到反覆運算器傳回之的型別引數,都必須有隱含轉換 IEnumerable<T>

在 C# 中,迭代器方法不可有任何 inrefout 參數。

在 c # 中, yield 不是保留字,而且只有在或關鍵字之前使用時才具有特殊意義 return break

技術實作

雖然您將迭代器撰寫成方法,但編譯器會將其轉譯成巢狀類別,其實也就是狀態機器。 此類別會在用戶端程式碼中的 foreach 迴圈繼續期間追蹤迭代器的位置。

若要查看編譯器的功能,您可以使用 Ildasm.exe 工具,檢視為迭代器方法產生的 Microsoft 中繼語言程式碼。

當您建立 classstruct 的迭代器時,您不需要實作整個 IEnumerator 介面。 當編譯器偵測到迭代器時,它會自動產生 IEnumeratorIEnumerator<T> 介面的 CurrentMoveNextDispose 方法。

之後每次反覆運算 foreach 迴圈 (或直接呼叫 IEnumerator.MoveNext),下一個迭代器程式碼主體都會在上一個 yield return 陳述式之後繼續。 然後繼續執行至下一個 yield return 陳述式,直到達到迭代器主體結尾,或遇到 yield break 陳述式為止。

迭代器不支援 IEnumerator.Reset 方法。 若要從頭開始逐一查看,您必須取得新的迭代器。 對迭代器方法傳回的迭代器呼叫 Reset 會擲回 NotSupportedException

如需其他資訊,請參閱 C# 語言規格

迭代器的使用

當您需要使用複雜的程式碼來填入清單序列時,迭代器可讓您維持 foreach 迴圈的簡潔性。 當您想要執行下列作業時,這會很有用:

  • 在第一次反覆運算 foreach 迴圈之後修改清單序列。

  • 避免在第一次反覆運算 foreach 迴圈之前完整載入大型清單。 分頁擷取以分批載入資料表資料列即為一例。 另一個範例是在 EnumerateFiles .net 中執行反覆運算器的方法。

  • 在迭代器中封裝建立清單。 在迭代器方法中,您可以建立清單,然後在迴圈中產生每個結果。

另請參閱