linq where 迭代器 原理

LINQ（Language Integrated Query）是.NET框架中的一套数据查询API，它允许使用类似SQL的查询表达式来处理数据，这些数据可以是内存中的对象集合、数据库中的表、XML文档等。LINQ查询操作通常涉及延迟执行（Lazy Evaluation）和迭代器（Iterators）的概念，我们将通过讨论Where扩展方法的实现来探索其背后的原理。

延迟执行与迭代器

延迟执行意味着LINQ查询不会在其被定义时立即执行，而是在迭代器通过foreach循环遍历时执行。这种方式允许链式调用多个查询操作，而不会为每个操作创建额外的中间集合，从而提高性能和内存效率。

Where扩展方法原理

Where是LINQ中最常用的扩展方法之一，它根据指定的条件筛选序列中的元素。让我们通过一段简化的代码来了解Where方法是如何利用迭代器实现延迟执行的：

public static IEnumerable<TSource> Where<TSource>(this IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, bool> predicate)
{
    if (source == null) throw new ArgumentNullException(nameof(source));
    if (predicate == null) throw new ArgumentNullException(nameof(predicate));
    
    return WhereImpl(source, predicate);
}

private static IEnumerable<TSource> WhereImpl<TSource>(IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, bool> predicate)
{
    foreach (TSource element in source)
    {
        if (predicate(element))
        {
            yield return element;
        }
    }
}

这段代码通过yield return语句逐个返回满足条件的元素，这就是迭代器的工作原理。在C#中，当方法体包含yield return或yield break语句时，该方法会自动生成实现IEnumerable<T>或IEnumerator<T>的迭代器类。

迭代器工作原理

迭代器模式使得访问一个聚合对象的内容而无需暴露其内部表示。在WhereImpl方法中，使用yield return逐个返回满足条件（由predicate确定）的元素，这正是迭代器模式的应用。以下是迭代器工作原理的简化步骤：

1. 初始化：当循环开始时，迭代器的状态机被初始化。
2. 移动至下一个元素：每次循环调用时，迭代器前进到下一个满足条件的元素。
3. 返回当前元素：通过yield return语句，迭代器返回当前符合条件的元素。
4. 结束：当遍历完成后（即遇到yield break或方法结束），迭代循环结束。

这种方式使得Where方法能以非常高效的方式进行逐个元素的筛选，而不需要创建和填充一个临时集合来存储所有满足条件的元素。这就是LINQ通过使用迭代器和yield return语句实现延迟执行和高效内存使用的关键所在。