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多角度让你彻底明白yield语法糖的用法和原理及在C#函数式编程中的作用

梦江南 2020-08-29 22:32 513 查看 https://blog.51cto.com/huangxi

如果大家读过dapper源码,你会发现这内部有很多方法都用到了yield关键词,那yield到底是用来干嘛的,能不能拿掉,拿掉与不拿掉有多大的差别,首先上一段dapper中精简后的Query方法,先让大家眼见为实。

private static IEnumerable<T> QueryImpl<T>(this IDbConnection cnn, CommandDefinition command, Type effectiveType)
{
object param = command.Parameters;
var identity = new Identity(command.CommandText, command.CommandType, cnn, effectiveType, param?.GetType());
var info = GetCacheInfo(identity, param, command.AddToCache);

IDbCommand cmd = null;
IDataReader reader = null;

bool wasClosed = cnn.State == ConnectionState.Closed;
try
{
while (reader.Read())
{
object val = func(reader);
if (val == null || val is T)
{
yield return (T)val;
}
else
{
yield return (T)Convert.ChangeType(val, convertToType, CultureInfo.InvariantCulture);
}
}
}
}

一:yield探究

1. 骨架代码猜想

骨架代码其实很简单,方法的返回值是IEnumerable,然后return被yield开了光,让人困惑的地方就是既然方法的返回值是IEnumerable却在方法体内没有看到任何实现这个接口的子类,所以第一感觉就是这个yield不简单,既然代码可以跑,那底层肯定帮你实现了一个继承IEnumerable接口的子类,你说对吧?

2. msdn解释

有自己的猜想还不行,还得相信权威,看msdn的解释:https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/csharp/language-reference/keywords/yield

如果你在语句中使用 yield 上下文关键字,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 IEnumerator 和 IEnumerable 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)。

没用过yield之前,看这句话肯定是一头雾水,只有在业务开发中踩过坑,才能体会到yield所带来的快感。

3. 从IL入手

为了方便探究原理,我来写一个不能再简单的例子。

public static void Main(string[] args)
{
var list = GetList(new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 });
}

public static IEnumerable<int> GetList(int[] nums)
{
foreach (var num in nums)
{
yield return num;
}
}

对,就是这么简单,接下来用ILSpy反编译打开这其中的神秘面纱。

从截图中看最让人好奇的有两点。

<1 style="box-sizing: border-box;"> 无缘无故的多了一个叫做\d__1 类

好奇心驱使着我看一下这个类到底都有些什么?由于IL代码太多,我做一下精简,从下面的IL代码中可以发现,果然是实现了IEnumerable接口,如果你了解设计模式中的迭代器模式,那这里的MoveNext,Current是不是非常熟悉?

.class nested private auto ansi sealed beforefieldinit '<GetList>d__1'
extends [mscorlib]System.Object
implements class [mscorlib]System.Collections.Generic.IEnumerable`1<int32>,
[mscorlib]System.Collections.IEnumerable,
class [mscorlib]System.Collections.Generic.IEnumerator`1<int32>,
[mscorlib]System.IDisposable,
[mscorlib]System.Collections.IEnumerator
{
.method private final hidebysig newslot virtual
instance bool MoveNext () cil managed
{
...
} // end of method '<GetList>d__1'::MoveNext

.method private final hidebysig specialname newslot virtual
instance int32 'System.Collections.Generic.IEnumerator<System.Int32>.get_Current' () cil managed
{
...
} // end of method '<GetList>d__1'::'System.Collections.Generic.IEnumerator<System.Int32>.get_Current'

.method private final hidebysig specialname newslot virtual
instance object System.Collections.IEnumerator.get_Current () cil managed
{
...
} // end of method '<GetList>d__1'::System.Collections.IEnumerator.get_Current

.method private final hidebysig newslot virtual
instance class [mscorlib]System.Collections.Generic.IEnumerator`1<int32> 'System.Collections.Generic.IEnumerable<System.Int32>.GetEnumerator' () cil managed
{
...
} // end of method '<GetList>d__1'::'System.Collections.Generic.IEnumerable<System.Int32>.GetEnumerator'

} // end of class <GetList>d__1

<2 style="box-sizing: border-box;"> GetList方法体现在会变成啥样?

.method public hidebysig static
class [mscorlib]System.Collections.Generic.IEnumerable`1<int32> GetList (
int32[] nums
) cil managed
{
// (no C# code)
IL_0000: ldc.i4.s -2
IL_0002: newobj instance void ConsoleApp2.Program/'<GetList>d__1'::.ctor(int32)
IL_0007: dup
IL_0008: ldarg.0
IL_0009: stfld int32[] ConsoleApp2.Program/'<GetList>d__1'::'<>3__nums'
IL_000e: ret
} // end of method Program::GetList

可以看到这地方做了一个new ConsoleApp2.Program/'d1'操作,然后进行了<>3nums=0,最后再把这个迭代类返回出来,这就解释了为什么你的GetList可以是IEnumerable而不报错。

4. 打回C#代码

你可能会说,你说了这么多有啥用?IL代码我也看不懂,如果能回写成C#代码那就了,还好回写成C#代码不算太难。。。

namespace ConsoleApp2
{
class GetListEnumerable : IEnumerable<int>, IEnumerator<int>
{
private int state;
private int current;
private int threadID;
public int[] nums;
public int[] s1_nums;
public int s2;
public int num53;

public GetListEnumerable(int state)
{
this.state = state;
this.threadID = Environment.CurrentManagedThreadId;
}
public int Current => current;

public IEnumerator<int> GetEnumerator()
{
GetListEnumerable rangeEnumerable;

if (state == -2 && threadID == Environment.CurrentManagedThreadId)
{
state = 0;
rangeEnumerable = this;
}
else
{
rangeEnumerable = new GetListEnumerable(0);
}

rangeEnumerable.nums = nums;
return rangeEnumerable;
}

public bool MoveNext()
{
switch (state)
{
case 0:

state = -1;
s1_nums = nums;
s2 = 0;
num53 = s1_nums[s2];
current = num53;
state = 1;
return true;
case 1:
state = -1;
s2++;

if (s2 < s1_nums.Length)
{
num53 = s1_nums[s2];
current = num53;
state = 1;
return true;
}

s1_nums = null;
return false;
}
return false;
}
object IEnumerator.Current => Current;
public void Dispose() { }
public void Reset() { }
IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator() { return this.GetEnumerator(); }
}
}

接下来GetList就可以是另一种写法了,做一个new GetListEnumerable 即可。

到目前为止,我觉得这个yield你应该彻底的懂了,否则就是我的失败(┬_┬)...

二:yield到底有什么好处

以我自己几年开发经验(不想把自己说的太老(┬_┬))来看,有如下两点好处。

1. 现阶段还不清楚用什么集合来承载这些数据

这话什么意思?同样的一堆集合数据,你可以用List承载,你也可以用SortList,HashSet甚至还可以用Dictionary承载,对吧,你当时定义方法的时候返回值那里是一定要先定义好接收集合,但这个接收集合真的合适吗?你当时也是不知道的。如果你还不明白,我举个例子:

public static class Program
{
public static void Main(string[] args)
{
//哈哈,我最后想要HashSet。。。因为我要做高效的集合去重
var hashSet1 = new HashSet<int>(GetList(new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 }));
var hashSet2 = new HashSet<int>(GetList2(new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 }));
}

//编码阶段就预先决定了用List<int>承载
public static List<int> GetList(int[] nums)
{
return nums.Where(num => num % 2 == 0).ToList();
}

//编码阶段还没想好用什么集合承载,有可能是HashSet,SortList,鬼知道呢?
public static IEnumerable<int> GetList2(int[] nums)
{
foreach (var num in nums)
{
if (num % 2 == 0) yield return num;
}
}
}

先看代码中的注释,从上面例子中可以看到我真正想要的是HashSet,而此时hashSet2 比 hashSet1 少了一个中转过程,无形中这就大大提高了代码性能,对不对?

  • hashSet1 其实是 int[] -> List -> HashSet 的过程。
  • hashSet2 其实是 int[] -> HashSet 的过程。

2. 可以让我无限制的叠加筛选塑形条件

这个又是什么意思呢?有时候方法调用栈是特别深的,你无法对一个集合在最底层进行整体一次性筛选,而是在每个方法中实行追加式筛选塑性,请看如下示例代码。

public static class Program
{
public static void Main(string[] args)
{
var nums = M1(true).ToList();
}

public static IEnumerable<int> M1(bool desc)
{
return desc ? M2(2).OrderByDescending(m => m) : M2(2).OrderBy(m => m);
}

public static IEnumerable<int> M2(int mod)
{
return M3(0, 10).Where(m => m % mod == 0);
}

public static IEnumerable<int> M3(int start, int end)
{
var nums = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 };
return nums.Where(i => i > start && i < end);
}
}

上面的M1,M2,M3方法就是实现了这么一种操作,最后使用ToList一次性输出,由于没有中间商,所以灵活性和性能可想而知。

三:总结

函数式编程将会是以后的主流方向,C#中几乎所有的新特性都是为了给函数式编程提供便利性,而这个yield就是C#函数式编程中的一个基柱,你还可以补看Enumerable中的各种扩展方法增加一下我的说法可信度。

static IEnumerable<TSource> TakeWhileIterator<TSource>(IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, bool> predicate) {
foreach (TSource element in source) {
if (!predicate(element)) break;
yield return element;
}
}

static IEnumerable<TSource> WhereIterator<TSource>(IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, int, bool> predicate) {
int index = -1;
foreach (TSource element in source) {
checked { index++; }
if (predicate(element, index)) yield return element;
}
}

好了,本篇就说到这里,希望对你有帮助。

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