为什么编译器生成的状态机反复将状态恢复为-1？

Question

我试图了解迭代器在内部是如何工作的，以减轻我对线程安全的一些担忧。让我们考虑例如以下 简单的迭代器：

using System.Collections.Generic;

public class MyClass
{
    public static IEnumerable<int> MyMethod()
    {
        yield return 10;
        yield return 20;
        yield return 30;
    }
}

在将此代码复制粘贴到SharpLab.io 之后，我可以看到在后台创建的编译器生成的状态机。它是一个实现接口IEnumerable<int>和IEnumerator<int>的类，并包含下面的MoveNext方法：

private bool MoveNext()
{
    switch (<>1__state)
    {
        default:
            return false;
        case 0:
            <>1__state = -1;
            <>2__current = 10;
            <>1__state = 1;
            return true;
        case 1:
            <>1__state = -1;
            <>2__current = 20;
            <>1__state = 2;
            return true;
        case 2:
            <>1__state = -1;
            <>2__current = 30;
            <>1__state = 3;
            return true;
        case 3:
            <>1__state = -1;
            return false;
    }
}

标识符<>1__state 和<>2__current 是此类的私有字段：

private int <>1__state;
private int <>2__current;

我注意到这段代码中有一个模式。首先将<>1__state 字段的值恢复为-1，然后将<>2__current 分配给下一个迭代值，然后将<>1__state 推进到下一个状态。我的问题是：<>1__state = -1; 行的目的是什么？我编译了这段代码（在痛苦地重命名所有非法标识符之后）并确认可以注释掉这一行而不影响类的功能。我不相信 C# 编译器团队只是忘记了这段看似毫无目的的代码。它的存在肯定是有目的的，我想知道这个目的是什么。

Answer 1

对于为什么需要一个状态变量并在每次输入 switch 语句时将其设置为 -1，没有一个明确的答案。但我可以想到一个你真的需要这个变量的例子。

就像我在评论部分所说，编译器不知道也不关心 2__current 做了什么。

下载文件可能是一个长时间运行的网络请求。它可能是计算的结果，也可能只是您的示例中的整数。但问题就在这里，因为编译器不知道你的代码做了什么，它可能会抛出异常。让我们看一个示例，如果您省略 _state 变量会发生什么情况，您会在尝试下载某些内容时遇到异常。

1) MoveNext is called.
2) this.<>2_current = WebRequest.GetFileAsync() throws HttpRequestException.
3) The exception is caught somewhere and the execution of the program is resumed.
4) The caller invokes MoveNext method.
5) this.<>2_current = WebRequest.GetFileAsync() throws HttpRequestException

所以在这种情况下，我们会陷入循环，因为只有在成功下载该数据后才会更改状态。

当我们引入 _state 变量时，结果看起来有很大不同。

1) MoveNext is called.
2) this.<>2_current = WebRequest.GetFileAsync() throws HttpRequestException.
3) The exception is caught somewhere and execution of the program is resumed.
4) The caller invokes MoveNext method.

5) Since there’s no switch case for -1, the default block is reached which informs about the end of a sequence.