C# 中的 Yield 简介--它是什么、如何使用以及何时有用

Tim Corey

43分58秒

当你第一次接触 C# 中的 yield 关键字时，它可能会让你感到困惑。 它究竟是如何运作的？ 何时应该使用 yield return 语句而不是传统的 return 语句？ 为了全面理解，我们将根据 Tim Corey 出色的 YouTube 教程" C# 中的 Yield 简介 - 它是什么、如何使用以及何时有用"进行详细解释。

在本指南中，我们将通过时间戳引用 Tim 视频中的特定要点，以便于导航，并包含实际示例，以展示 yield 如何改变您处理数据流、大型集合和惰性求值的方式。

C#中的Yield关键字介绍

Tim 首先介绍了 yield 关键字，并强调它对于初次接触它的开发者来说常常令人困惑。他解释说，yield 语句允许方法暂停执行，保持其状态，然后在下次调用时从中断的地方继续执行。 Tim 强调，了解产量对于高效处理数据至关重要，尤其是在处理大型数据集或实施自定义迭代逻辑时。

设置一个简单的示例：类程序和静态 void main 函数

为了消除干扰，Tim 在 Visual Studio 中创建了一个简单的控制台应用程序，名为"YieldDemoApp"。

Yield在C#中的实际功能

蒂姆随后深入探讨了理论。 在 2:04，他描述了 yield 的行为：yield 语句不会一次性处理整个集合，而是会保留一个位置——就像把拇指放在书里一样——以便执行可以暂停并在以后恢复。

这种行为对于延迟执行至关重要，延迟执行中，值仅在需要时生成，而不是预先计算所有内容。 Tim 的描述清晰地奠定了理解收益率如何运作的基础。

编写演示代码

在类 Program 的静态 void Main 方法中，他使用 Console.WriteLine 设置了"应用程序开始"和"应用程序结束"等基本首尾消息，这有助于在稍后使用 foreach 循环时清晰地可视化流程。

这个初始代码示例完全专注于 yield 的实现，不涉及任何 UI 复杂性。

创建 PersonModel 类

为了演示，Tim 创建了一个名为 PersonModel 的类，该类具有 FirstName 和 LastName 属性以及一个构造函数。 创建 PersonModel 对象时，会打印一条消息，指示初始化的是哪个用户。 这有助于直观地了解对象何时被创建，何时被消耗。

这个简单的生成代码步骤为使用自定义迭代器奠定了基础。

使用传统列表返回构建数据访问类

5:06，Tim 转到 DataAccess 类，该类有一个 GetPeople 方法，返回 IEnumerable 对象。<PersonModel> 。 最初，返回值是一个列表，其中包含三个 PersonModel 实例：Tim Corey、Sue Storm 和 Jane Smith。

这种迭代器方法会在迭代开始之前立即将所有对象加载到内存中——这一点蒂姆后来将其与使用 yield 进行了对比。

用列表演示内存使用情况

运行 foreach 循环后，Tim 发现，在读取第一个元素之前，所有三个用户都已经创建好了。 这凸显了处理大型集合或大型数据集时可能出现的问题——内存使用率高。

Tim 解释说，如果我们有一千个用户，即使我们只需要几个用户，我们也会创建一千个对象，导致内存分配效率低下。

将递延执行改为收益回报

10:01，Tim 修改了 GetPeople 函数，使其使用 yield return 而不是创建临时集合（一个 List）。 每个 yield return 语句都会一次直接输出一个 PersonModel。

方法内部的这段关键代码实现了延迟求值，只有当 foreach 循环需要时才会生成下一个元素。

Tim 还澄清说，该方法的返回类型必须是 IEnumerable。<PersonModel>而使用列表则会违背延迟执行的初衷。

调试：编译器如何生成 yield 代码

Tim 使用断点来逐步完成整个过程。 他证明，在第一次调用 MoveNext 之前，序列为空。 只有当 foreach 需要下一个值时，编译器才会触发迭代器块并执行 yield return num 行，该行会初始化并返回 PersonModel。

Tim 强调，编译器会在底层生成特殊的状态机来管理暂停和恢复的执行。

利用收益率的益处和效率

蒂姆解释了为什么产量如此高效：

您可以一次获取一条记录。

您可以限制所需的整数数量。

• 避免将整个集合加载到内存中。

• 提高了可扩展性，尤其是在处理大型文件或数据流时。

通过使用 LINQ 的 .Take(2)，Tim 演示了即使存在三个 yield return 语句，也只初始化了两个对象——突出了延迟执行的实际应用。

实际示例：利用收益率生成素数

Tim 创建了一个新的静态 IEnumerable。<int> Generators 类中的 GetPrimeNumbers() 方法。 在这个无限循环中，Tim 使用辅助函数 IsPrimeNumber(int number) 来检查素数。 如果该数是质数，他使用 yield return number 将其输出。

这个例子表明，产量对于安全地处理无限序列至关重要。

如果没有 yield，代码会因为无限消耗内存而崩溃。 然而，利用收益率，延迟执行可以确保按需生成数字。

使用 Take() 获取素数

Tim 接着展示了如何安全地获取固定数量的质数：

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

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

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

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

这段写在 static void Main 中的代码可以高效地获取 10,000 个素数。

由于收益率是逐个产生数字的，因此内存使用率很低。

自定义迭代：使用 GetEnumerator 和 MoveNext

Tim 更进一步，解释了如何手动控制迭代。

他创建了一个变量 iterator = primeNumbers.GetEnumerator()，然后使用 int i 的 for 循环，并调用 iterator.MoveNext() 手动获取元素。

这种手动方法可以实现自定义迭代——仅在需要时请求下一个值，并且表明该方法会从上次暂停的地方恢复执行。

常见错误：对已生成的集合使用 ToList()

36:45 时，Tim 警告：使用 .ToList() 将 yield 序列转换为 List 会导致立即进行完整求值。

如果对无限序列调用 .ToList()，则可能会导致应用程序崩溃。

Tim 强调 yield return 的目的是为了延迟求值，而调用 .ToList() 会强制执行完全内存实例化，从而打破这种模式。

在使用 LINQ 方法时，Tim 建议谨慎引入 .ToList()。

摘要：为什么收益率是一个强大的工具

Tim 最后强调，虽然 yield 关键字会增加一些开销（维护一个状态机），但它能减少内存使用量并实现惰性求值，因此在处理以下情况时，它是一个强大的工具：

• 大型数据集

• 大文件

• 自定义迭代器

• 无限序列

数据流

• 延迟处理

他建议在不同的项目中练习收益率，以加深对收益率回报的理解，并避免常见的陷阱。

最后，Tim邀请观众分享他们在生产代码中如何使用yield。

结论

通过观看 Tim Corey 的视频，我们已经了解了 yield 关键字给 C# 带来的巨大好处。 从创建自定义迭代器到高效管理大型集合，yield 返回使函数返回更加智能、更加节省内存。 无论你处理的是变量 number、变量 point、变量 reader、变量 connection 还是大型数据集，掌握 yield 都能极大地提升你的 C# 编码技能。

如果你之前没有探索过使用 yield，现在正是通过简单的示例来练习它，并更好地了解 yield return 在 C# 编译器中是如何工作的绝佳时机。 欢迎访问 Tim 的官方YouTube 频道，观看更多精彩视频。