DAY 21 迭代器

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DAY 21

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.net 後端起手式 30天認識 C# 系列第 21 篇

2019鐵人賽

米歐

2018-10-31 23:31:39

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迭代器

迭代器我找不到一個好的解釋，所以請看完本文後自行領悟吧。

迭代器的關鍵字 yield，只有在傳回值為 IEnumerator 或者 IEnumerable 類型的方法才可以使用，傳回時是以 yield return 而不能只是 return 單一關鍵字，且方法不能夠使用 ref 或 out 參數。如果要停止迭代的話可以使用 yield break。

然而各位還記得 DAY 05 的 foreach 吧，foreach 的逐一查看陣列、集合中的元素就是透過今天要介紹的迭代器。

foreach 有些集合類別能用，有些不能使用，差別在於有無實作 IEnumerator 或者 IEnumerable 這兩個介面，雖然系列文講到現在的內容，是不會發生這種問題。

我們來簡單的示範什麼是迭代器，所先建立一個傳回 IEnumerable 的方法，並且使用這個方法

static void Main (string[] args) {
  var strs = GetStrings ();
  foreach (var str in strs)
    Console.WriteLine (str);
}
static IEnumerable<string> GetStrings () {
  yield return "Mio";
  yield return "Miffy";
  yield return "Lulu";
  yield break;
  yield return "NekoSan";
}

可以下中斷點來看一下程式的執行過程，這樣比較好了解迭代器做了什麼，你可以看到程式執行過程，不斷的跳來跳去。

迭代器主要是實現 IEnumerator 介面來執行，成員為 Current 與 MoveNext ()，你可以想像成一個集合內，Current 代表目前元素，MoveNext () 為檢查有無下個元素。當程式呼叫迭代器時，他會先檢查 MoveNext ()，如果有則移動 Current，直到沒有下一個元素。

但上述方法只是簡單的示範 yield 運作模式，無實作 IEnumerator 介面，你可以先當作 yield return 為傳回一個 Current，如果有下一句 yield return 則 MoveNext () 為 true，然而碰到 yield break 則結束迭代。

除此之外也可以看到，strs 在傳值給 str 時，才會開始迭代，因為迭代器有延遲執行的特性，所以在資料處理方面，與一般的情況不太一樣。以往處理資料時，是整理好一大筆符合資料後才傳回，但迭代器則是出現一筆符合資料的就傳回，直到該集合逐一檢查完成。

再來我們以 DAY 18 的 Node 來進行改造，讓他可以使用 foreach，但在此之前要先說一聲抱歉，我那天寫的時候可能神智不清楚，所以在操作 Node 時的範例不是很洽當，但還是可以當作泛型的介紹，所以我們重新來建立新的 Node

class Program {
  static void Main (string[] args) {
    Node<int> nodes = new Node<int> (2);
    nodes.Next = new Node<int> (6);
  }
}
class Node<T> {
  public Node () {
    Value = default (T);
    Next = null;
  }
  public Node (T value) {
    Value = value;
    Next = null;
  }
  public T Value;
  public Node<T> Next;
}

有發現差異點吧，沒有的同學就當沒事發生。

當今天要去逐一查看 Node 的內容時，我們想要重頭開始列出每一個 Node 的 value 直到 Next == null，所以我們來實作 IEnumerable 介面

class Program {
  static void Main (string[] args) {
    Node<int> nodes = new Node<int> (2);
    nodes.Next = new Node<int> (6);
    foreach (var n in nodes) {
      Console.WriteLine (n);
    }
  }
}
class Node<T> : IEnumerable<T> {
  public Node () {
    Value = default (T);
    Next = null;
  }
  public Node (T value) {
    Value = value;
    Next = null;
  }
  public T Value;
  public Node<T> Next;
  public IEnumerator<T> GetEnumerator () {
    var temp = this;
    while (temp != null) {
      yield return temp.Value;
      temp = temp.Next;
    }
  }
  IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator () => GetEnumerator ();
}

簡單的設計一下，就可以看到 foreach 能夠正確的印出 Node 裡每一個 value 值。

既然做了那我們來優化一下，提供一個可以知道該 Node 包含的 Node 數的 Length，並加上索引存取運算子。

public int Length {
  get {
    var result = 1;
    var current = this;
    while ((current = current.Next) != null)
      result++;
    return result;
  }
}
public T this [int index] {
  get {
    if (index > 0 && this.Next != null)
      return this.Next[index - 1];
    return Value;
  }
}

可以自行使用看看，這邊就不用在教導如何使用了吧。