快捷導(dǎo)航

C#特性-迭代器(上)及一些研究過程中的副產(chǎn)品

更新時(shí)間：2014年12月25日 15:03:54 投稿：mdxy-dxy

這篇文章主要介紹了C#特性-迭代器(上)及一些研究過程中的副產(chǎn)品,需要的朋友可以參考下

提到迭代器我們不能不想到迭代器模式,那我就以迭代器模式作為開場白.

在我們的應(yīng)用程序中常常有這樣一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu):

它們是一個(gè)數(shù)據(jù)的集合,如果你知道它們內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)就可以去訪問它們,它們各自的內(nèi)部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)互不相同,各種集合有各自的應(yīng)用場合.說到這里大家可能想出一大堆這樣的集合了:List,Hashtable,ArrayList等等。這些集合各自都有各自的個(gè)性，這就是它們存在的理由。但如果你想遍歷它你必須知道它內(nèi)部的存儲(chǔ)細(xì)節(jié),作為一個(gè)集合元素,把內(nèi)部細(xì)節(jié)暴露出來肯定就不好了,這樣客戶程序就不夠穩(wěn)定了,在你更換集合對象的時(shí)候,比如List不能滿足需求的時(shí)候，你換成Hashtable，因?yàn)橐郧暗目蛻舫绦蜻^多的關(guān)注了List內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，所以不能很好的移植。而迭代器模式就是為解決這個(gè)問題而生的：

提供一種一致的方式訪問集合對象中的元素，而無需暴露集合對象的內(nèi)部表示。
比如現(xiàn)在有這樣一個(gè)需求，遍歷集合內(nèi)的元素，然后輸出，但是并不限定集合是什么類型的集合，也就是未來集合可能發(fā)生改變。

思考：

集合會(huì)發(fā)生改變，這是變化點(diǎn)，集合改變了，遍歷方法也改變，我們要保證遍歷的方法穩(wěn)定，那么就要屏蔽掉細(xì)節(jié)。找到了變化點(diǎn)那我們就將其隔離起來(一般使用interface作為隔離手段)：假設(shè)所有的集合都繼承自ICollection接口，這個(gè)接口用來隔離具體集合的，將集合屏蔽在接口后面，作為遍歷我們肯定需要這樣一些方法：MoveNext，Current，既然ICollection負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，職責(zé)又要單一，那么就新建立一個(gè)接口叫做Iterator吧，每種具體的集合都有自己相對應(yīng)的Iterator實(shí)現(xiàn)：

下面是一個(gè)簡易的實(shí)現(xiàn)代碼：

/// <summary>
/// 集合的接口
/// </summary>
  public interface ICollection
  {
    int Count { get; }
    /// <summary>
    /// 獲取迭代器
    /// </summary>
    /// <returns>迭代器</returns>
    Iterator GetIterator();
  }
  /// <summary>
  /// 迭代器接口
  /// </summary>
  public interface Iterator
  {
    bool MoveNext();

    object Current { get; }
  }

  public class List : ICollection
  {
    private const int MAX = 10;
    private object[] items;
    public List()
    { 
      items = new object[MAX];
    }
    public object this[int i]
    {
      get { return items[i]; }
      set { this.items[i] = value; }
    }
    #region ICollection Members

    public int Count
    {
      get { return items.Length; }
    }

    public Iterator GetIterator()
    {
      return new ListIterator(this);
    }

    #endregion
  }
  public class ListIterator : Iterator
  {
    private int index = 0;
    private ICollection list;
    public ListIterator(ICollection list)
    {
      this.list = list;
      index = 0;
    }
    #region Iterator Members

    public bool MoveNext()
    {
      if (index + 1 > list.Count)
        return false;
      else
      { 
        index++;
        return true;
      }
    }

    public object Current
    {
      get { return list[index]; }
    }

    #endregion
  }
  /// <summary>
  /// 測試
  /// </summary>
  public class Program
  {
    static void Main()
    {
      ICollection list = new List();
      Iterator iterator = list.GetIterator();
      while (iterator.MoveNext())
      {
        object current = iterator.Current;
      }
    }
}

看看最后的測試，是不是不管具體的集合如何改變，遍歷代碼都非常穩(wěn)定？而且擴(kuò)展新的集合類也非常方便，只是添加代碼不會(huì)修改原來的代碼，符合開閉原則。當(dāng)然，這么好的解決方案微軟當(dāng)然不會(huì)放過，現(xiàn)在C# 2.0里已經(jīng)內(nèi)置了對迭代器的支持，看看System.Collections, System.Collections.Generic命名空間，所有的集合都實(shí)現(xiàn)了這個(gè)接口：IEnumerable，這個(gè)接口還有泛型的版本。注意到這個(gè)接口只有一個(gè)方法：IEnumerator GetEnumerator();，IEnumerator就是迭代器的接口，相當(dāng)于我的實(shí)例里面的Iterator，它也有泛型的版本。
那么現(xiàn)在在.net里所有的集合類都可以這樣訪問了：

復(fù)制代碼代碼如下:

IEnumerator ienumerator = list.GetEnumerator();

while(ienumerator.MoveNext())

{

    object current = ienumerator.Current;

}

但是這樣訪問也太麻煩了，所以C#里出現(xiàn)了foreach關(guān)鍵字，我們來看看foreach背后發(fā)生了什么？假如有如下的代碼：

public static void Main()
{      
      ArrayList list = new ArrayList();
      list.Add(1);
      list.Add(2);
      list.Add(3);
      foreach (object item in list)
      {
        Console.WriteLine(item.ToString());
      }
}

下面是它對應(yīng)的IL代碼：

.method private hidebysig static void Main() cil managed
{
  .entrypoint
  .maxstack 2
  .locals init (
    [0] class [mscorlib]System.Collections.ArrayList list,
    [1] object item,
    [2] class [mscorlib]System.Collections.IEnumerator CS$5$0000,
    [3] class [mscorlib]System.IDisposable CS$0$0001)
  L_0000: newobj instance void [mscorlib]System.Collections.ArrayList::.ctor()
  L_0005: stloc.0 
  L_0006: ldloc.0 
  L_0007: ldc.i4.1 
  L_0008: box int32
  L_000d: callvirt instance int32 [mscorlib]System.Collections.ArrayList::Add(object)
  L_0012: pop 
  L_0013: ldloc.0 
  L_0014: ldc.i4.2 
  L_0015: box int32
  L_001a: callvirt instance int32 [mscorlib]System.Collections.ArrayList::Add(object)
  L_001f: pop 
  L_0020: ldloc.0 
  L_0021: ldc.i4.3 
  L_0022: box int32
  L_0027: callvirt instance int32 [mscorlib]System.Collections.ArrayList::Add(object)
  L_002c: pop 
  L_002d: ldloc.0 
  L_002e: callvirt instance class [mscorlib]System.Collections.IEnumerator [mscorlib]System.Collections.ArrayList::GetEnumerator()
  L_0033: stloc.2 
  L_0034: br.s L_0048
  L_0036: ldloc.2 
  L_0037: callvirt instance object [mscorlib]System.Collections.IEnumerator::get_Current()
  L_003c: stloc.1 
  L_003d: ldloc.1 
  L_003e: callvirt instance string [mscorlib]System.Object::ToString()
  L_0043: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
  L_0048: ldloc.2 
  L_0049: callvirt instance bool [mscorlib]System.Collections.IEnumerator::MoveNext()
  L_004e: brtrue.s L_0036
  L_0050: leave.s L_0063
  L_0052: ldloc.2 
  L_0053: isinst [mscorlib]System.IDisposable
  L_0058: stloc.3 
  L_0059: ldloc.3 
  L_005a: brfalse.s L_0062
  L_005c: ldloc.3 
  L_005d: callvirt instance void [mscorlib]System.IDisposable::Dispose()
  L_0062: endfinally 
  L_0063: call string [mscorlib]System.Console::ReadLine()
  L_0068: pop 
  L_0069: ret 
  .try L_0034 to L_0052 finally handler L_0052 to L_0063
}

從.locals init 那里可以看出編譯器為我們添加了兩個(gè)局部變量，一個(gè)就是迭代器。

復(fù)制代碼代碼如下:

L_002d: ldloc.0 

L_002e: callvirt instance class [mscorlib]System.Collections.IEnumerator [mscorlib]System.Collections.ArrayList::GetEnumerator()

L_0033: stloc.2 

這三行代碼告訴我們，調(diào)用list的GetEnumerator()方法，獲取迭代器實(shí)例將其賦值給編譯器為我們添加的那個(gè)迭代器局部變量，接著是L_0034: br.s L_0048，
br.s這個(gè)指令是強(qiáng)制跳轉(zhuǎn)，我們接著看

復(fù)制代碼代碼如下:

L_0048: ldloc.2 

L_0049: callvirt instance bool [mscorlib]System.Collections.IEnumerator::MoveNext()

調(diào)用迭代器的MoveNext()方法，L_004e: brtrue.s L_0036 如果是true的話跳轉(zhuǎn)，

復(fù)制代碼代碼如下:

L_0036: ldloc.2 

L_0037: callvirt instance object [mscorlib]System.Collections.IEnumerator::get_Current()

L_003c: stloc.1 

L_003d: ldloc.1 

L_003e: callvirt instance string [mscorlib]System.Object::ToString()

L_0043: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)

獲取當(dāng)前值，然后輸出
看到?jīng)]有，實(shí)際foreach后面干的事就是獲取迭代器，然后一個(gè)while循環(huán)，不過這樣一些確實(shí)簡潔多了。
說到這里是不是

復(fù)制代碼代碼如下:

IEnumerator ienumerator = list.GetEnumerator();

            while (ienumerator.MoveNext())

            {

                object item = ienumerator.Current;

                Console.WriteLine(item.ToString());

            }

和

復(fù)制代碼代碼如下:

 foreach (object item in list)

            { 

                Console.WriteLine(item.ToString());

            }

這兩樣代碼是一樣的呢？如果不一樣那推薦使用哪一個(gè)呢？當(dāng)然是使用第二種，簡潔嘛，除了簡潔之外就沒有其它的了？細(xì)心讀者會(huì)發(fā)現(xiàn)上面的IL代碼，
在結(jié)束循環(huán)后還有一大塊，可我們的C#代碼中并沒有啊，接著分析：
.try L_0034 to L_0052 finally handler L_0052 to L_0063
這里說明從L_0034到L_0052是被放在try里面的，恰好這段代碼是循環(huán)體里的東西，L_0052到L_0063里是放在finally里的，看來foreach還給我們加了一
個(gè)try{}finally{}結(jié)構(gòu)啊。那看看L_0052到L_0063里是什么東西吧：

復(fù)制代碼代碼如下:

L_0052: ldloc.2 

    L_0053: isinst [mscorlib]System.IDisposable

    L_0058: stloc.3 

    L_0059: ldloc.3 

    L_005a: brfalse.s L_0062

    L_005c: ldloc.3 

    L_005d: callvirt instance void [mscorlib]System.IDisposable::Dispose()

    L_0062: endfinally 

    L_0063: call string [mscorlib]System.Console::ReadLine()

判斷迭代器對象是否是一個(gè)IDisposable實(shí)例，如果是，那就要調(diào)用它的Dispose()方法了(為啥它要實(shí)現(xiàn)IDisposable接口？那肯定這個(gè)迭代器里使用了一些非托管資源)。
看到了吧，foreach也真夠智能的，看來使用foreach的方式是比自己用while方式安全穩(wěn)定多了。

(PS:好像是扯遠(yuǎn)了點(diǎn)，不過大家一起了解一下，呵呵，其實(shí)我當(dāng)初也沒想說這個(gè)，不過后來看IL代碼有點(diǎn)不對勁，就當(dāng)作個(gè)副產(chǎn)品吧)

C# 2.0里還出現(xiàn)個(gè)關(guān)鍵字yield,我看了半天MSDN也沒明白它的意思：

在迭代器塊中用于向枚舉數(shù)對象提供值或發(fā)出迭代結(jié)束信號(hào)。到現(xiàn)在還是沒明白，不過yield這個(gè)東西后面卻包含了很多東西，有一些非?！捌婀帧钡奶匦裕?br /> 我稱之為奇怪的意思是與我們以前的思維有的不符，Linq的一些特質(zhì)也是建立在這個(gè)特性之上的。關(guān)于yield的更多討論我想放在另外一篇文章中，因?yàn)槲矣X得有必要。

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