C# IEnumerable、IEnumerator和foreach的联系与解析

学习好c#就要了解C#底层原理，今天聊聊IEnumerable、IEnumerator和foreach的联系与解析,基础没有掌握好的理解有点费劲。

1、关于foreach和for

foreach和for都是循环的关键字，使用这两个关键字可以对集合对象进行遍历，获取里面每一个对象的信息进行操作。.

  static void Main(string[] args)        {            string[] strList = new string[]            {                "1","2","3","4"            };            for (int i = 0; i < strList.Length; i++)            {                Console.WriteLine(strList[i]);            }            foreach (string str in strList)            {                Console.WriteLine(str);            }
            Console.ReadKey();        }

上面结果的输出都是一样的，我们来看看IL是否是一样的。

IL_002c:  br.s       IL_003d   //for开始的地方  IL_002e:  nop  IL_002f:  ldloc.0  IL_0030:  ldloc.1  IL_0031:  ldelem.ref  IL_0032:  call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)  IL_0037:  nop  IL_0038:  nop  IL_0039:  ldloc.1  //  IL_003a:  ldc.i4.1 //  IL_003b:  add      //索引加1，这里的索引是已经保存在堆栈中的索引  IL_003c:  stloc.1  IL_003d:  ldloc.1  IL_003e:  ldloc.0  IL_003f:  ldlen  IL_0040:  conv.i4  IL_0041:  clt  IL_0043:  stloc.s    CS$4$0001  IL_0045:  ldloc.s    CS$4$0001  IL_0047:  brtrue.s   IL_002e   //跳转到第2行  IL_0049:  nop  IL_004a:  ldloc.0  IL_004b:  stloc.s    CS$6$0002  IL_004d:  ldc.i4.0  IL_004e:  stloc.s    CS$7$0003  IL_0050:  br.s       IL_0067   //foreach开始的地方  IL_0052:  ldloc.s    CS$6$0002  IL_0054:  ldloc.s    CS$7$0003  IL_0056:  ldelem.ref  IL_0057:  stloc.2  IL_0058:  nop  IL_0059:  ldloc.2  IL_005a:  call       void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)  IL_005f:  nop  IL_0060:  nop  IL_0061:  ldloc.s    CS$7$0003  //  IL_0063:  ldc.i4.1              //  IL_0064:  add                   //当前索引处加1  IL_0065:  stloc.s    CS$7$0003  IL_0067:  ldloc.s    CS$7$0003  IL_0069:  ldloc.s    CS$6$0002  IL_006b:  ldlen  IL_006c:  conv.i4  IL_006d:  clt  IL_006f:  stloc.s    CS$4$0001  IL_0071:  ldloc.s    CS$4$0001  IL_0073:  brtrue.s   IL_0052     //跳转到27行

从IL可以看出，for中循环的索引是for自身的索引(即i)，foreach在循环过程中会在指定位置存储一个值，这个值就是循环用的索引。所以，其实foreach内部还是存储了一个索引值用于循环，只是我们在用的过程中没有察觉到存在这个变量而已。

我们再来看看下面这个例子：

 static void RunFor()        {            string[] strList = new string[]            {                "1","2","3","4"            };            for (int i = 0; i < strList.Length; i++)            {                strList[i] = "1";            }        }        static void RunForeach()        {            string[] strList = new string[]            {                "1","2","3","4"            };            foreach (string str in strList)            {                str = "1";            }        }

编译出错： “str”是一个“foreach 迭代变量”，无法为它赋值

static void RunFor()        {            string[] strList = new string[]            {                "1","2","3","4"            };
            for (int i = 0; i < strList.Length; i++)            {                strList[i] = "1";            }        }
        static void RunForeach()        {            string[] strList = new string[]            {                "1","2","3","4"            };
            foreach (string str in strList)            {                str = "1";            }        }

同样，编译器给出了相同的错误。

那么如果在foreach中移除当前项呢？

class Program    {        static void Main(string[] args)        {            List<string> strs = new List<string>() { "1", "2", "3", "4" };            foreach (string str in strs)            {                strs.Remove(str);            }            Console.ReadKey();        }    }

运行出现了异常

C# IEnumerable、IEnumerator和foreach的联系与解析

可以看出移除IEnumerable类型的变量也会出错，所以在foreach中是不能改变进行迭代的集合对象值的。

2、foreach和IEnumerable的联系

像List，Array等集合类型，可以使用for和foreach来对其进行循环迭代，获得每一个集合内的对象用于操作。之所以可以使用foreach，是因为List，Array等类型实现了IEnumerable或者IEnumerable<T>接口。

public interface IEnumerable{    IEnumerator GetEnumerator();}

IEnumerable接口内部只有一个方法，GetEnumerator()方法，返回值是一个IEnumerator类型的对象。

public interface IEnumerator{    bool MoveNext();    object Current { get; }       void Reset();}

可以看出，在IEnumerator接口中有三个成员，用于移动位置的MoveNext函数，表示当前对象的Current属性，重置函数Reset。

我们以ArrayList类型为例，来看看这个接口是怎么实现的。

首先内部有一个数组变量用于存储遍历的集合对象。

object[] _items;

在内部私有的类ArrayListEnumeratorSimple中实现了IEnumerator接口成员。

public bool MoveNext()    {        int num;        if (this.version != this.list._version)        {            throw new InvalidOperationException(Environment.GetResourceString("InvalidOperation_EnumFailedVersion"));        }        if (this.isArrayList)        {            if (this.index < (this.list._size - 1))            {                num = this.index + 1;                this.index = num;                this.currentElement = this.list._items[num];　／／其实还是取得内部的数组变量的成员                return true;            }            this.currentElement = dummyObject;            this.index = this.list._size;            return false;        }        if (this.index < (this.list.Count - 1))        {            num = this.index + 1;            this.index = num;            this.currentElement = this.list[num];　／／数组变量的成员            return true;        }        this.index = this.list.Count;        this.currentElement = dummyObject;        return false;    }

在MoveNext中进行迭代循环的时候迭代的是内部的_items数组，即每次取的值都是_items的成员，而_items数组是ArrayList的索引数组。每次迭代后都会保存当前索引值用于下次使用。

所以不难看出，IEnumerator接口内部实现的方式归根结底还是和for实现的方式一样的。

之所以修改枚举值过后继续访问会抛出InvalidOperationException异常是因为以下代码：

if (this.version != this.list._version)  {     throw new InvalidOperationException(Environment.GetResourceString("InvalidOperation_EnumFailedVersion"));  }

在Reset和MoveNext中都有这个判断，如果枚举值被修改了，他所对应的版本号将会发生改变(在Remove函数中将会执行this._version++，使得版本号发生了改变，其他改变枚举值状态的函数类似)。

3、自定义实现迭代器

具体实现过程代码：

class Program    {        static void Main(string[] args)        {            TestIEnumerable test = new TestIEnumerable();            foreach (string str in test)            {                Console.WriteLine(str);            }            Console.ReadKey();        }    }
    class TestIEnumerable : IEnumerable    {        private string[] _item;
        public TestIEnumerable()        {            _item = new string[]             {                 "1","2","3","4"             };        }
        public string this[int index]        {            get { return _item[index]; }        }        public IEnumerator GetEnumerator()        {            return new EnumeratorActualize(this);        }        class EnumeratorActualize : IEnumerator        {            private int index;            private TestIEnumerable _testEnumerable;            private object currentObj;            public EnumeratorActualize(TestIEnumerable testEnumerable)            {                _testEnumerable = testEnumerable;                currentObj = new object();                index = -1;            }

            public object Current            {                get                {                    return currentObj;                }            }
            public bool MoveNext()            {                if (index < _testEnumerable._item.Length - 1)                {                    index++;                    currentObj = _testEnumerable._item[index];                    return true;                }                index = _testEnumerable._item.Length;                return false;            }
            public void Reset()            {                index = -1;            }        }    }

董川民