學習C#

C#中的產生介紹 - 它是什麼，如何使用，以及什麼時候有用

Tim Corey

43m 58s

當您第一次接觸到C#中的yield關鍵字時，可能會感到困惑。它到底是如何工作的？什麼時候應該使用yield return而不是傳統的return語句？為了全面了解，我們將依據Tim Corey優秀的YouTube教學進行詳細解釋："Intro to Yield in C# - What it is, how to use it, and when it is useful"。

在本指南中，我們將通過時間戳標記引用Tim的影片中的具體點以便於導航，並包含實際範例來展示yield如何改變資料流、大型集合和延遲評估的處理方式。

介紹C#中的Yield關鍵字

Tim首先介紹yield關鍵字，並強調它對於第一次接觸的開發者來說通常令人困惑。他解釋說，yield語句允許方法暫停執行，保持其狀態，然後在下一次調用時從中斷的位置繼續。 Tim強調理解yield對於有效處理資料尤為重要，特別是處理大資料集或自定義迭代邏輯時。

設置簡單範例：Class Program和Static Void Main

為了避免分心，Tim在Visual Studio中建立了一個簡單的Console Appliation，稱為"YieldDemoApp"。

Yield在C#中的實際作用

Tim接著更深入地探討理論。在2:04，他描述了yield行為：不再一次性處理整個集合，yield語句位於其位置，即像將拇指放入一本書中一樣，允許執行暫停並稍後恢復。

這種行為對於延遲執行至關重要，因為值僅在需要時生成，而不是事先全部計算。 Tim的描述清晰地奠定了理解yield return的基礎。

撰寫演示程式碼

在Class Program的static void Main方法中，他設置了基本的開模型和結束消息，如"Start of the app"和"End of the app"，使用Console.WriteLine來幫助明確顯示流程，特別是當使用foreach迴圈時。

這個初始程式碼範例純粹關注於yield的實現，不涉及任何UI的複雜性。

建立PersonModel類

為了演示，Tim建立一個具有FirstName和LastName屬性和構造函式的PersonModel類。當PersonModel物件被建立時，會列印一條消息，指示初始化了哪個使用者。這有助於形象化物件何時被建立和何時被消耗。

這個簡單的生成程式碼步驟為使用自定義迭代器打下基礎。

構建DataAccess類並使用傳統的List返回

在5:06，Tim轉到DataAccess類，並用一個返回IEnumerable<PersonModel>的GetPeople方法。最初，返回值是一個包含三個PersonModel實例的List：Tim Corey, Sue Storm, 和 Jane Smith。

這個迭代器方法在開始迭代之前立即將所有物件載入到記憶體中——這是Tim後來與使用yield作對比的一個重要點。

展示List的記憶體用量

運行foreach迴圈後，Tim顯示所有三個使用者都在讀取第一個元素之前建立。這突出顯示了一個潛在問題，當處理大型集合或大資料集時——高記憶體用量。

Tim解釋說，如果我們有一千個使用者，即使我們只需要幾個，用一千個物件也會建立，導致記憶體分配效率低下。

變更到Yield Return以進行延遲執行

在10:01，Tim修改GetPeople使用yield return，而不是建立一個臨時集合 (如List)。每個yield return語句直接生成一個PersonModel。

這關鍵程式碼在方法內允許延遲評估，foreach需要下一個元素時才生成。

Tim還澄清方法的返回型別必須是IEnumerable<PersonModel>，使用List會破壞延遲執行的目的。

除錯：編譯器生成Yield程式碼

Tim使用斷點逐步演示過程。他顯示在第一次MoveNext調用之前，序列是空的。只有當foreach需要下一個值時，編譯器會觸發迭代器塊並執行yield return num行，這會初始化並返回PersonModel。

Tim強調編譯器在底層生成專用的狀態機來管理暫停和恢復的執行。

使用Yield Return的好處和效率

Tim解釋為什麼yield如此高效：

您可以一次獲取一個記錄。
您可以限制需要的int數量。
您避免將整個集合載入到記憶體中。
您提高了可擴展性，特別是在處理大型文件或資料流時。

通過使用LINQ的.Take(2)，Tim演示即使存在三個yield return語句，也只有兩個物件被初始化——強調延遲執行的作用。

實例：使用Yield的質數生成器

Tim在Generators類內構建一個新的靜態IEnumerable<int> GetPrimeNumbers()方法。在這個無限迴圈中，Tim使用helper IsPrimeNumber(int number)函式來檢查其是否為質數。如果數字是質數，他使用yield return number來發送它。

這個範例顯示yield對於安全地處理無限序列至關重要。

沒有yield，程式碼會因為無限的記憶體消耗而崩潰。然而，使用yield，延遲執行確保根據需求生數。

使用Take()獲取質數

Tim然後演示如何安全地只提取固定數量的質數：

var primeNumbers = Generators.GetPrimeNumbers().Take(10000);

var primeNumbers = Generators.GetPrimeNumbers().Take(10000);

Dim primeNumbers = Generators.GetPrimeNumbers().Take(10000)

Dim primeNumbers = Generators.GetPrimeNumbers().Take(10000)

這段程式碼寫在static void Main中，能有效地只提取10,000個質數。

因為yield return逐個生成數字，記憶體使用量保持低。

自定義迭代：使用GetEnumerator和MoveNext

Tim進一步解釋如何手動控制迭代。

他建立一個var iterator = primeNumbers.GetEnumerator()，然後用int i的for迴圈並調用iterator.MoveNext()來手動獲取元素。

這種手動方法實現了自定義迭代——只有在需要時才請求下一個值，並顯示該方法從上次暫停的地方準確恢復。

常見錯誤：在Yield的集合上使用ToList()

在36:45，Tim警告：將yield序列轉換為List並用.ToList()會導致立即全面評估。

如果您在無限序列上調用.ToList()，您風險崩潰您的應用程式。

Tim強調yield return用於延遲評估，而調用.ToList()打破了這一模式，強制記憶體全面實現。

當使用LINQ方法時，Tim建議謹慎考慮在何處引入.ToList()。

總結：為什麼Yield是強大的工具

Tim在結束時強調，儘管yield關鍵字增加了輕微的負擔（持有狀態機），但因減少記憶體使用和延遲評估的好處，yield在處理以下方面是一個強大的工具：

大資料集
大文件
自定義迭代器
無限序列
資料流
延遲處理

他建議在不同專案中練習使用yield，以更深入地理解yield return並避免常見的陷阱。

Tim最後鼓勵觀眾分享他們在生產程式碼中如何使用yield。

結論

通過學習Tim Corey的影片，我們看到了yield關鍵字對C#帶來的巨大好處。從建立自定義迭代器到有效管理大型集合，yield return使得函式返回更智能和更為記憶體高效。無論您正在處理var number, var point, var reader, var connection, 或是大型資料集，掌握yield可以顯著提升您的C#編碼技能。

如果您以前沒有探索過使用yield，現在是通過簡單例子進行練習並更好地理解yield return如何在C#編譯器內部運作的絕佳時機。一定要查看Tim的官方YouTube頻道以獲得更多見解豐富的影片。