C#中foreach与yield的实例详解

1. foreach与yield的基本概念

在使用C#进行开发时，需要处理集合类数据，而对于这些数据通常需要遍历其元素进行操作。最常用的遍历方式就是使用foreach语句，它可以让我们逐个访问集合中的元素。yield关键字是C#2.0引入的新特性，它可以通过枚举来实现延迟加载，可以用来减少内存消耗并提高程序的性能。

2. foreach语句的原理及用法

2.1 foreach的原理

foreach语句是利用编译器自动生成的IEnumerator接口来实现集合元素的遍历。在使用foreach遍历集合的时候，编译器会自动帮我们生成IEnumerator接口的实现来进行遍历，我们所需要做的只是编写forach语句来使用这个接口。

2.2 foreach的用法

foreach语句的语法格式如下：

foreach (var item in collection)

{
    // do something with item
}

其中，变量item用于表示集合collection中的每一个元素，我们可以在循环体中使用这个变量来进行操作。集合collection的类型通常是实现了IEnumerable或IEnumerable<T>接口的类。例如List、Array、Dictionary等都是可以使用foreach语句进行遍历的。

下面是一个使用foreach遍历Array类型的示例代码：

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

foreach (var number in numbers)
{
    Console.WriteLine(number);
}

上述代码可以输出数组numbers中的每一个元素，输出结果为：

1

2
3
4
5

3. yield语句的原理及用法

3.1 yield的原理

yield关键字是实现延迟加载的重要手段，它可以让我们在枚举集合类元素的时候实现延迟加载，从而提高程序的性能及效率。yield关键字本身并不是一个语句，它作为一种语法结构被嵌入到方法体中，在调用该方法时可以向调用者以枚举器的形式提供一个逐个递增的点。

3.2 yield的用法

yield关键字的语法格式如下：

public IEnumerable<T> GetItems()

{
    foreach (var item in collection)
    {
        yield return item;
    }
}

上面的代码中，我们定义了一个名为GetItems()的方法，该方法返回IEnumerable<T>对象，其中，类型参数T为我们需要枚举的集合元素类型。在循环体中，我们使用yield return语句向调用者以枚举器形式提供了一个逐个递增的点，这样，每次调用这个方法时，就会依次返回集合中的每一个元素。

下面是一个使用yield关键字返回斐波那契数列的代码示例：

public static IEnumerable<int> Fibs(int fibCount)

{
    int[] fibs = new int[fibCount];
    if (fibCount >= 1)
    {
        fibs[0] = 1;
    }
    if (fibCount >= 2)
    {
        fibs[1] = 1;
    }
    for (int i = 2; i < fibCount; i++)
    {
        fibs[i] = fibs[i - 1] + fibs[i - 2];
    }
    foreach (int fib in fibs)
    {
        yield return fib;
    }
}

上述代码中，我们定义了一个Fibs()方法，该方法接收一个int类型的参数fibCount作为斐波那契数列的长度，然后利用for循环生成这个数列。在循环结束后，使用foreach和yield关键字实现延迟加载，依次返回这个数列中的每一个元素。

4. foreach与yield的联合使用

在实际的开发中，我们可以结合使用foreach和yield关键字来实现对集合元素的遍历和延迟加载。

下面是一个示例代码，使用foreach和yield关键字实现对树节点进行遍历：

public class TreeNode

{
    public int Value { get; set; }
    public List<TreeNode> Children { get; set; } = new List<TreeNode>();
    public IEnumerator<int> GetEnumerator()
    {
        yield return Value;
        foreach (var child in Children)
        {
            foreach (var node in child)
            {
                yield return node;
            }
        }
    }
}
public static void Main()
{
    TreeNode tree = new TreeNode
    {
        Value = 1,
        Children =
        {
            new TreeNode
            {
                Value = 2,
                Children =
                {
                    new TreeNode { Value = 3 },
                    new TreeNode { Value = 4 },
                    new TreeNode
                    {
                        Value = 5,
                        Children =
                        {
                            new TreeNode { Value = 6 }
                        }
                    }
                }
            },
            new TreeNode { Value = 7 },
            new TreeNode { Value = 8 }
        }
    };
    foreach (var node in tree)
    {
        Console.WriteLine(node);
    }
}

上述代码中，我们定义了一个TreeNode类，并使用foreach和yield关键字实现了对该类的树节点进行遍历。可以看到，在GetEnumerator()方法中，通过yield return语句返回当前节点的值，然后再递归遍历每个节点的子节点，使用yield return语句返回其中的值。

5. 总结

本文详细介绍了C#中foreach与yield的实现原理和用法，并给出了结合使用foreach和yield关键字实现树节点遍历的示例代码。在实际开发中，结合使用foreach和yield可以有效地降低内存消耗，提高程序的性能和效率，同时也能够方便快捷地处理集合类数据。