C#学习笔记：foreach原理

这篇随笔是对上一篇随笔C#关键字：yield的扩展。

关于foreach

首先，对于 foreach ，大家应该都非常熟悉，这里就简单的描述下。

 foreach 语句用于对实现  System.Collections.IEnumerable  或 System.Collections.Generic.IEnumerable<T> 接口的数组或对象集合中的每个元素进行循环访问，但不能用于在源集合中添加或移除项，否则可能产生不可预知的副作用。如果需要在源集合中添加或移除项，应使用 for  循环。

foreach的原理

foreach语句是被设计用来和可枚举类型一起使用，只要它的遍历对象是可枚举类型（实现了IEnumerable），比如数组。调用过程如下：

1. 调用GetEnumerator()方法，返回一个IEnumerator引用。
2. 调用返回的IEnumerator接口的MoveNext()方法。
3. 如果MoveNext()方法返回true，就使用IEnumerator接口的Current属性获取对象的一个引用，用于foreach循环。
4. 重复前面两步，直到MoveNext()方法返回false为止，此时循环停止。

我们可以通过代码模拟foreach的执行过程，如下：

static void Main()
{
    int[] arr = { 1, 2, 3, 4, 5 }; // 声明并初始化数组。
    IEnumerator ie = arr.GetEnumerator(); // 调用可枚举类型的GetEnumerator方法获得枚举数对象。
    while (ie.MoveNext()) // 调用IEnumerator接口的MoveNext方法移到下一项。实现遍历数组。
    {
        int i = (int)ie.Current; // 调用IEnumerator接口的Current方法获取当前项。注意它返回的是object类型，需要强制转换类型。
        Console.Write("{0} ", i);
    }
    // Output: 1 2 3 4 5
    Console.ReadKey();
}

当然，如果使用foreach的话，就非常简单了，如下：

static void Main()
{
    int[] arr = { 1, 2, 3, 4, 5 }; 
    foreach (int item in arr)
    {
        Console.Write("{0} ", item);
    }
    // Output: 1 2 3 4 5
    Console.ReadKey();
}

接下来，再看一个复杂点的实例，如下：

class Program
{
    static void Main()
    {
        // Create a Tokens instance.
        Tokens f = new Tokens("This is a sample sentence.", new char[] { ' ', '-' });

        // Display the tokens.
        foreach (string item in f)
        {
            System.Console.WriteLine(item);
        }
        // Output:
        // This
        // is
        // a
        // sample
        // sentence.

        Console.ReadKey();
    }
}

public class Tokens : IEnumerable
{
    private string[] elements;

    public Tokens(string source, char[] delimiters)
    {
        // The constructor parses the string argument into tokens.
        elements = source.Split(delimiters);
    }

    // The IEnumerable interface requires implementation of method GetEnumerator.
    public IEnumerator GetEnumerator()
    {
        return new TokenEnumerator(this);
    }

    // Declare an inner class that implements the IEnumerator interface.
    private class TokenEnumerator : IEnumerator
    {
        private int position = -1;
        private Tokens t;

        public TokenEnumerator(Tokens t)
        {
            this.t = t;
        }

        // The IEnumerator interface requires a MoveNext method.
        public bool MoveNext()
        {
            if (position < t.elements.Length - 1)
            {
                position++;
                return true;
            }
            else
            {
                return false;
            }
        }

        // The IEnumerator interface requires a Reset method.
        public void Reset()
        {
            position = -1;
        }

        // The IEnumerator interface requires a Current method.
        public object Current
        {
            get
            {
                return t.elements[position];
            }
        }
    }
}

参考文档

1. C#中foreach的原来
2. http://www.cnblogs.com/mcgrady/archive/2011/11/12/2246867.html
3. https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/9yb8xew9%28v=vs.110%29.aspx