如何处理“无限”的IEnumerable？

Question

一个“无限”IEnumerable的一个简单示例是：

IEnumerable<int> Numbers() {
  int i=0;
  while(true) {
    yield return unchecked(i++);
  }
}

我知道，

foreach(int i in Numbers().Take(10)) {
  Console.WriteLine(i);
}

和

var q = Numbers();
foreach(int i in q.Take(10)) {
  Console.WriteLine(i);
}

两者都可以正常工作（并打印出数字0-9）。

但是，在复制或处理像q这样的表达式时，是否存在任何陷阱？ 我能否依赖于它们总是被“惰性”地评估这一事实？ 是否有产生无限循环的危险？

- Danvil

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仅仅挑刺一下，当i = Int32.MaxValue并且你执行i++时，你的“无限”的例子不会抛出异常吗？或者它会循环到Int32.MinValue吗？嗯..... - Nelson Rothermel

你说得对。很可能会抛出溢出异常...我会进行编辑。 - Danvil

我只是挑剔一下，但你的意思还是表达清楚了。另外，我试过了，它确实会循环到Int32.MinValue。没有OverflowException异常，所以它实际上是一个无限循环。 - Nelson Rothermel

默认情况下，C#编译时不会检查溢出。安全的方法是始终编写unchecked(i++)，因为您可以使用/checked编译，然后它会失败。使用unchecked()告诉编译器，即使使用/checked编译，如果发生溢出也没问题。 - dalo

啊哈，我每天都会学到新东西。我知道汇编语言中没有任何溢出检查，我以为“高级”语言C#会有它，但我猜这是可选的。我认为使用unchecked()也可以让你的意图清晰，这总是一件好事。而且我认为应该是unchecked { }，而不是unchecked( )。 :) - Nelson Rothermel

Answer 1

只要您仅调用懒惰的、非缓冲的方法，您就应该没问题。因此，Skip、Take、Select等都没问题。但是，Min、Count、OrderBy等会出现问题。

它可以工作，但您需要谨慎。或者注入一个Take(somethingFinite)作为安全措施（或其他自定义扩展方法，在太多数据之后抛出异常）。

例如：

public static IEnumerable<T> SanityCheck<T>(this IEnumerable<T> data, int max) {
    int i = 0;
    foreach(T item in data) {
        if(++i >= max) throw new InvalidOperationException();
        yield return item;
    }
}

- Marc Gravell

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+1 我也有一个竞争性的答案，但我只是要点赞给一个名为SanityCheck的IEnumerable扩展方法。这是最好的函数名称。我要去实现它了…… - Patrick Karcher

谢谢指出这个问题。如果原帖中实际调用了foreach(int i in Numbers())，那也会导致问题。 - Felype

Answer 2

是的，您可以保证上述代码将被惰性执行。虽然在您的代码中看起来像是永远循环，但实际上您的代码会产生类似于以下内容：

IEnumerable<int> Numbers()
{
    return new PrivateNumbersEnumerable();
}

private class PrivateNumbersEnumerable : IEnumerable<int>
{
    public IEnumerator<int> GetEnumerator() 
    { 
        return new PrivateNumbersEnumerator(); 
    }
}

private class PrivateNumbersEnumerator : IEnumerator<int>
{
    private int i;

    public bool MoveNext() { i++; return true; }   

    public int Current
    {
        get { return i; }
    }
}

（显然，这不是 确切的 生成结果，因为它非常具体化于您的代码，但它仍然相似，应该可以向您展示为什么它将被惰性评估。）

- Adam Robinson

Answer 3

您需要避免使用任何试图读取到结尾的贪婪函数。这包括Enumerable扩展，如：Count、ToArray/ToList和聚合函数Avg/Min/Max等。

无限惰性列表没有问题，但您必须做出有意识的决策来处理它们。

使用Take来限制无限循环的影响，即使您不需要全部内容，也要设置一个上限。

- spoulson

Answer 4

是的，您的代码将始终在没有无限循环的情况下运行。但是稍后可能会有人来干扰事情。假设他们想要执行：

var q = Numbers().ToList();

那么，你就完了！许多“聚合”函数会让你崩溃，比如Max()。

- Patrick Karcher

Answer 5

如果使用非懒惰求值，你的第一个例子一开始就不能按预期工作。

- Ron Klein