列举 - Enumeration

迭代器是一个值序列(集合)上的一个只读且只向前移动的游标。迭代器要么实现了IEnumerator接口,要么实现了IEnumerator<T>接口。

从技术的角度看,如果一个对象有MoveNext方法以及Current属性,那么我们就可以将其看作一个迭代器。

我们可以使用foreach语句去迭代一个可列举对象。可迭代的对象其实就是一个序列的逻辑体现。可列举的对象不但自身就是一个游标,而且它还可以生成一个游标迭代自己。因此,可列举的对象有两个特性

  • 实现IEnumerator接口,或实现IEnumerator<T>接口
  • 有一个方法GetEnumerator,该方法返回一个迭代器

列举模式:

class Enumerator
{
public IteratorVariableType Current {get {...}}
public bool MoveNext() {...}
} class Enumerable
{
public Enumerator GetEnumerator() {...}
}

Enumeration pattern

为了更好的理解上面的概率和模式,我们来看下面的两个例子

foreach (char c in "CSharp")
Console.WriteLine(c);

Sample 1

using (var enumerator = "CSharp".GetEnumerator())
{
while (enumerator.MoveNext()) {
Console.WriteLine(enumerator.Current);
}
}

Sample 2

Sample1采取了foreach这样的高级方式去迭代字符串(因为字符串类实现了CharEnumerator);而Sample2则使用了底层的方式完成对字符串的迭代。 对于Sample我们使用了using语句,这是因为CharEnumerator实现了IDisposable接口,下面的代码显示了CharEnumrator的大部分代码(来自微软官方)

public sealed class CharEnumerator : IEnumerator, IDisposable
{
private String str;
private int index;
private char currentElement; internal CharEnumerator(String str)
{
this.str = str;
this.index = -;
} public bool MoveNext()
{
if (index < (str.Length - ))
{
index++;
currentElement = str[index];
return true;
}
else
index = str.Length;
return false; } public void Dispose()
{
if (str != null)
index = str.Length;
str = null;
} public char Current
{
get
{
return currentElement;
}
} public void Reset()
{
currentElement = (char);
index = -;
}
}

CharEnumerator

初始化集合

我们可使用一行语句实例一个可列举的对象。比如:IList<Int> list = new List<int>{1,2,3};编译时,编译器会自动翻译为:

IList<Int> list = new List<int>();
list.Add();
list.Add();
list.Add();

Translated Code

这是因为该列举对象实现了IEnumerable接口,而且还包含了Add方法。
为了验证此点,我们可以通过查看IL代码的方式来确认:

IL_0000:  nop
IL_0001: newobj instance void class [mscorlib]System.Collections.Generic.List`<int32>::.ctor()
IL_0006: stloc.1
IL_0007: ldloc.1
IL_0008: ldc.i4.1
IL_0009: callvirt instance void class [mscorlib]System.Collections.Generic.List`<int32>::Add(!)
IL_000e: nop
IL_000f: ldloc.1
IL_0010: ldc.i4.2
IL_0011: callvirt instance void class [mscorlib]System.Collections.Generic.List`<int32>::Add(!)
IL_0016: nop
IL_0017: ldloc.1
IL_0018: ldc.i4.3
IL_0019: callvirt instance void class [mscorlib]System.Collections.Generic.List`<int32>::Add(!)
IL_001e: nop
IL_001f: ldloc.1
IL_0020: stloc.0
IL_0021: call string [mscorlib]System.Console::ReadLine()

IL Code

迭代器 - Iterator

既然foreach可应用于列举,那么一个列举可以生成一个迭代器。很绕口很困惑是吧,我们先来看下面的例子:使用迭代器返回斐波纳契数列

static IEnumerable<int> Fibonacci(int number)
{
for(int i=, prevFib=, curFib=;i<number;i++)
{
yield return prevFib;
int newFib = prevFib + curFib;
prevFib = curFib;
curFib = newFib;
}
} // test
static void Main(string[] args)
{
foreach (int f in Fibonacci())
Console.WriteLine(f); Console.ReadLine();
}

Fibonacci

请注意,在上面的代码中,我们使用了yield return。那么它和return有什么区别呢?
return:从方法中返回一个值
yield return:从当前的迭代器中生成下一个元素。yield语句每执行一次,程序的控制权就退还给调用者,而被调用者的状态仍然保留,这就使得方法在调用者列举下一个元素的时候能继续执行。被调用者的状态的生命周期取决于列举,正因为如此,当调用者完成列举后,被调用者的状态得以释放。

迭代器语法

迭代器可以是包含了一个或多个yield语句的方法、属性、或所引器。迭代器必须返回下面四个类型之一:IEnumerable, IEnumerable<T>, IEnumerator, IEnumerator<T>

再继续下一步之前,我们看一下IEnumerable接口和IEnumerator的定义

public interface IEnumerator
{
bool MoveNext();
Object Current {get; }
void Reset();
} public interface IEnumerable
{
IEnumerator GetEnumerator();
}

IEnumerator & IEnumerable

迭代器与列举有不一样的语法,在于迭代器需要返回可列举的接口或者列举器接口。

创建序列

迭代器可以进一步用于创建迭代。为了证实这点,我们可以扩展我们斐波纳契数列例子

static IEnumerable<int> Fibonacci(int number)
{
for(int i=, prevFib=, curFib=;i<number;i++)
{
yield return prevFib;
int newFib = prevFib + curFib;
prevFib = curFib;
curFib = newFib;
}
} static IEnumerable<int> EvenNumbers(IEnumerable<int> sequence)
{
foreach (int x in sequence)
if (x % == )
yield return x;
} static void Main(string[] args)
{
foreach (int f in EvenNumbers(Fibonacci()))
Console.WriteLine(f); Console.ReadLine();
}

Composable Iterator

请注意,直到Fibonacci方法所产生的数列的MoveNext()方法被调用时(执行foreach循环,会隐式地调用IEnumerator的MoveNext方法),才会判断该元素是否为偶数。

迭代器可以进一步用于创建迭代大量应用于LINQ。

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