C#中的yield关键字有什么用？揭秘C#迭代器和状态机的实现原理

yield 关键字用于简化迭代器编写，通过 yield return 逐个返回元素，实现惰性求值，避免一次性生成所有数据，提升性能并减少内存占用。

yield 关键字是 C# 中实现迭代器的核心工具，它让开发者可以轻松编写支持枚举的数据结构，而无需手动创建复杂的集合或状态管理。它的主要用途是在不一次性生成所有数据的情况下，按需返回序列中的每个元素。

简化迭代器的编写

在没有 yield 之前，如果想让一个方法返回可枚举的序列（比如 IEnumerable），通常需要创建一个集合对象，把所有结果存进去再返回。这种方式不仅占用内存，而且在数据量大时效率低下。

使用 yield return，你可以逐个“产出”元素，调用方每次通过 MoveNext() 获取下一个值时，才会执行到下一个 yield return 语句。这实现了“惰性求值”——数据只在需要时才计算。

public IEnumerable<int> GetNumbers()
{
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        yield return i;
    }
}

这个方法不会立即返回 0~4 的数组，而是每次遍历时生成一个值。foreach 循环中每轮都会触发一次执行，直到遇到下一个 yield return。

编译器自动生成状态机

你写的简单方法，C# 编译器会转换成一个复杂的状态机类。这个类保存了当前执行位置、局部变量等信息，使得方法可以在 yield return 后暂停，并在下次继续执行。

以上面的 GetNumbers 方法为例，编译后大致生成如下结构：

• 一个实现 IEnumerator 接口的私有类
• 该类包含字段记录当前索引 i 和状态（如正在执行、已完成）
• MoveNext() 方法包含原始循环逻辑，根据状态决定从哪继续执行
• Current 属性返回当前 yield 的值

这意味着你写的是同步代码，但运行时表现像协程——函数能在中途暂停并恢复。

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yield break 控制迭代终止

除了 yield return，还可以使用 yield break 提前结束迭代。它类似于普通方法中的 return，但用于中断枚举过程。

public IEnumerable<string> ReadLines()
{
    string line;
    while ((line = Console.ReadLine()) != null)
    {
        if (line == "exit")
            yield break;
        yield return line.ToUpper();
    }
}

当用户输入 exit 时，迭代立即停止，后续不再产生任何值。

实际应用与注意事项

yield 常用于以下场景：

• 处理大数据流（文件行读取、网络数据包）
• 无限序列生成（斐波那契数列、随机数流）
• 树形结构遍历（二叉树中序遍历）
• 延迟加载数据库查询结果

需要注意的是：

• 不能用在异步方法（async）中，await 和 yield 不能共存于同一方法
• 异常处理要小心，yield 方法内部抛出的异常可能在 MoveNext() 时才暴露
• 多次枚举同一个 yield 方法会重新执行逻辑，不是缓存结果

基本上就这些。yield 让 C# 的迭代变得高效又简洁，背后靠的是编译器生成的状态机机制。理解这一点，就能更好掌握何时该用它，以及为什么它能节省内存和提升性能。

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