C语言中yield关键字的用法详解
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在C语言中，yield关键字是一种巧妙的语法结构，它专门用于定义迭代器的方法，旨在简化迭代器的编写过程，使得代码更直观、易懂。本文将从以下几个维度深入探讨yield关键字的用法与特性：
一、yield关键字的基本语法
二、yield关键字的工作机制
三、yield关键字的适用场景
一、yield关键字的基本语法
yield关键字存在两种形式：yield return与yield break。它们各自的作用如下：
1. yield return：在迭代过程中返回一个值，随后暂停迭代器的执行，直到下一次迭代请求。
2. yield break：立即终止迭代，并返回一个空序列。
二、yield关键字的适用范围
yield关键字仅适用于返回类型为IEnumerable、IEnumerable、IEnumerator或IEnumerator的方法，这些方法被称为迭代器方法。迭代器方法不允许使用ref或out参数，且不能被try-catch块包围，但可以位于try-finally的try块中。
以下是一个利用yield return的迭代器方法的示例：
```csharp
IEnumerable
ProduceEvenNumbers(int upto)
{
for (int i = 0; i <= upto; i += 2)
{
yield return i; // 返回一个偶数，并暂停执行
}
}
foreach (int i in ProduceEvenNumbers(9))
{
Console.Write(i); Console.Write(" ");
} // 输出：0 2 4 6 8
```
以下是一个利用yield break的迭代器方法的示例：
```csharp
IEnumerable TakeWhilePositive(IEnumerable numbers)
{
foreach (int n in numbers)
{
if (n > 0)
{
yield return n; // 返回一个正数，并暂停执行
}
else
{
yield break; // 终止迭代，并返回一个空序列
}
}
}
foreach (int n in TakeWhilePositive(new int[] { 2, 3, 4, 5, -1, 3, 4 }))
{
Console.Write(n); Console.Write(" ");
} // 输出：2 3 4 5
```
三、yield关键字的工作原理
当调用迭代器方法时，并不会立即执行该方法，而是返回一个实现了相应接口的对象，即迭代器。当使用foreach语句或显式调用MoveNext方法遍历迭代器时，才会启动迭代器方法的代码，直到遇到第一个yield return语句。此时，迭代器方法的执行会暂停，而迭代器的Current属性会返回yield return语句后面的表达式的值。当请求下一个元素时，迭代器方法的执行会从上次暂停的地方继续，直到遇到下一个yield return语句、yield break语句或方法的末尾。如果遇到yield break语句或方法的末尾，迭代器的MoveNext方法会返回false，表示迭代结束。
可以把yield关键字看作是一种状态机的实现，它可以保存迭代器方法的当前状态，包括局部变量、参数和控制流程，并在下一次迭代请求时恢复这些状态。这样，就可以避免使用显式的集合或枚举器来存储和返回迭代的结果，从而提高了代码的可读性和性能。
四、yield关键字的适用场景
1. 延迟执行：只在需要时计算和返回结果，节省内存空间，提高运行效率，避免不必要的计算。例如，以下代码使用yield关键字实现了一个生成斐波那契数列的迭代器方法：
```csharp
IEnumerable Fibonacci()
{
int current = 0; int next = 1;
while (true)
{
yield return current; // 返回当前的斐波那契数，并暂停执行
int temp = next; next = current + next; current = temp;
}
}
foreach (int n in Fibonacci())
{
if (n > 1000) break; // 当斐波那契数大于1000时，终止迭代
Console.Write(n); Console.Write(" ");
} // 输出：0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 144 233 377 610 987
```
2. 自定义迭代逻辑：根据需要对迭代的结果进行筛选、转换、组合等操作，而不需要修改原始数据源或创建新的集合。例如，以下代码使用yield关键字实现了一个对字符串进行反转的迭代器方法：
```csharp
IEnumerable ReverseString(string str)
{
for (int i = str.Length - 1; i >= 0; i--)
{
yield return str[i]; // 返回字符串的倒数第i个字符，并暂停执行
}
}
foreach (char c in ReverseString("Hello"))
{
Console.Write(c);
} // 输出：olleH
```
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