自定义能够for each的类，C#,Java,C++,C++/cli的实现方法

      自定义类能够被for each，应该算是个老生常谈的话题了，相关的资料都很多，不过这里整理总结主流语言的不同实现方式，并比较部分细节上的差异。

      第一种语言，也是实现起来最简单的Java语言。在Java里，要被for each，就须实现Iterable<T>接口。Iterable<T>接口定义有一个方法（注：Java8以后多了两个default方法，不用管他）：

Iterator<T> iterator();

      Iterator<T>接口有两个方法（还有两个default方法）：

boolean hasNext();
T next();

      细节：迭代的第一次会先调用hasNext();方法，这一点跟后面有些语言不相同。

      多说几句，可能有些同学对Iterable<T>接口与Iterator<T>接口不一样的地方是，Iterable<T>是容器类所实现的，Iterator<T>是迭代器。容器类是存放数据的，迭代器是存放迭代过程中的游标（当前访问的位置），和控制游标和访问器的移动的。

      实现例子：

public class Person {
    private String name;
    public Person() {//构造函数
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
}
public class PersonSet implements Iterable<Person>{
    private Person[] persons;//容器类存放数据，数组本身就可以被for each，只是这里演示如何使用Iterable<Person>接口。
    public PersonSet(){
        //构造函数
    }
    @Override
    public Iterator<Person> iterator() {
        // TODO Auto-generated method stub
        return new Iterator<Person>() {
            private int index=0;//迭代器存放游标
            @Override
            public boolean hasNext() {
                // TODO Auto-generated method stub
                return index < persons.Length;
            }

            @Override
            public Person next() {
                // TODO Auto-generated method stub
                return persons[index++];//别忘了访问完数据还得移动游标
            }
        };
    }
}

      遍历方法：

PersonSet persons=//具体初始化过程不写
for (Person person : persons)
{
    System.out.println(person.getName());
}

      第二种语言，C#，跟JAVA相当类似，只是在迭代器的具体实现有些细节上的差异。Java是Iterable<T>，C#对应的接口叫IEnumerable<T>。IEnumerable<T>从非泛型的版本继承，有两个方法：

IEnumerator<T> GetEnumerator();
IEnumerator GetEnumerator();

      与IEnumerable<T>相似，IEnumerator<T>接口也是从IEnumerator继承，同时还继承了IDisposable接口。其有3个方法和2个属性：

T Current { get; }
object Current { get; }
void Dispose();
bool MoveNext();
void Reset();

      方法和属性较多，逻辑容易乱。不用愁，我来捋一下顺序：

     第一次访问：Reset()（初始化后游标被设置为空位置，不指向任何元素）->MoveNext()->Current

     第二次及以后访问：MoveNext()->Current

     访问退出：MoveNext()->Dispose()

      具体实现：

class Person
{
    public string Name { get; }
}
class PersonSet:IEnumerable<Person>
{
    private Person[] persons;
    public PersonSet()
    {//构造函数
    }
    public IEnumerator<Person> GetEnumerator() => new Enumerator(this);

    IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator() => GetEnumerator();//显式接口实现，直接返回泛型版本就可
    private class Enumerator : IEnumerator<Person>
    {
        private int index;
        private PersonSet parent;
        public Enumerator(PersonSet parent)
        {
            this.parent = parent;
        }
        public Person Current => parent.persons[index];

        object IEnumerator.Current => parent.persons[index];
        
        void IDisposable.Dispose() { }

        public bool MoveNext() => (++index) < parent.persons.Length;

        public void Reset() => index = -1;//游标一定要设为空！
        
    }
}

     调用方法：

PersonSet persons=//具体初始化过程不写。
foreach(var person in persons)
{
    Console.WriteLine(person.Name);
}    

      第三种方法，是C++/cli，其实C++/cli与C#都是基于.net的，C++/cli也一样从IEnumerable<T>继承，只是C++/cli不支持显式接口实现，写法有些差异。并且C++/cli语法啰嗦臃肿，顺便给大家开眼界。一般不主张使用C++/cli，但是在混合使用C#和本地C++代码时会很有用。另外，C++/cli的成员可以是非托管类的指针，但不能是对象本身（可能是因为托管对象会在内存移动，使得非托管类无法对自身成员进行取地址），C++/cli的泛型参数不能使非托管的，指针也不行。

头文件：

#pragma once
ref class Person
{
public:
    property System::String^ Name { System::String^ get();}
};
ref class PersonSet : System::Collections::Generic::IEnumerable<Person^>
{
    ref class Enumerator : System::Collections::Generic::IEnumerator<Person^>
    {
    private:
        PersonSet^ parent;
    public:
        Enumerator();
        ~Enumerator();
        property Person^ Current{ virtual Person^ get(); };
        property Object^ NonGenericCurrent
        {
            virtual Object^ get() final = System::Collections::IEnumerator::Current::get;
            //通过重命名地方法来实现C#的“显式接口调用”的效果。
        }
        virtual bool MoveNext();
        virtual void Reset();
    };
    array<Person^>^ persons;
public:
    PersonSet();
    virtual System::Collections::Generic::IEnumerator<Person^>^ GetEnumerator() final;
    virtual System::Collections::IEnumerator^ GetNonGenericEnumerator() final
        = System::Collections::IEnumerable::GetEnumerator;
    //通过重命名地方法来实现C#的“显式接口调用”的效果。
};

CPP文件：（部分）

Person^ PersonSet::Enumerator::Current::get()
{
    return parent->persons[index];
}
Object^ PersonSet::Enumerator::NonGenericCurrent::get()
{
    return parent->persons[index];
}

bool PersonSet::Enumerator::MoveNext()
{
    return ++index < parent->persons->Length;
}

void PersonSet::Enumerator::Reset()
{
    index = -1;
}

System::Collections::Generic::IEnumerator<Person^>^ PersonSet::GetEnumerator()
{
    return gcnew Enumerator(this);
}

System::Collections::IEnumerator ^ PersonSet::GetNonGenericEnumerator()
{
    return GetEnumerator();
}

 

       调用方法：

PersonSet^ persons = gcnew PersonSet();
for each (auto person in persons)
{
    Console::WriteLine(person->Name);
}

       最后是非托管C++方式，非托管C++没有接口这个概念，所以不存在要实现哪个接口的问题。事实上，C++11之前并没有foreach(C++11里叫for range)，C++11要实现for range，需要实现以下五个函数：

iterator begin();//前两个函数是容器类的成员，iterator是自行实现的迭代器，类名任意。
iterator end();
iterator& operator++();//后三个是迭代器的成员，操作符重载。
bool operator!=(iterator& other);
T operator*();//T是想要访问的元素

      调用顺序：

     第一次访问元素： begin() ==> end() ==> operator!=(iterator& other)  ==> operator*()

     第二次即以后访问元素：operator++() ==> operator!=(iterator& other)  ==> operator*() 

     访问退出：operator++() ==> operator!=(iterator& other)

      注意的是：for range的迭代器游标初始化一定是指向首元素！实现方式：

头文件：

struct NativePerson
{
    const char* name;
};
class PersonSet1
{
    NativePerson* const persons;
    const int length;
public:
    class iterator
    {
        PersonSet1* parent;
        int current;
    public:
        iterator(PersonSet1* parent,int current);
        iterator& operator++();
        bool operator!=(iterator& other);
        NativePerson operator*();
    };
    PersonSet1(NativePerson* const persons, int length);
    iterator begin();
    iterator end();
};

CPP文件：（部分）

PersonSet1::iterator & PersonSet1::iterator::operator++()
{
    current++;
    return *this;
}

bool PersonSet1::iterator::operator!=(iterator & other)
{
    return current < other.current;
}

NativePerson PersonSet1::iterator::operator*()
{
    return parent->persons[current];
}

PersonSet1::iterator PersonSet1::begin()
{
    return iterator(this,0);
}

PersonSet1::iterator PersonSet1::end()
{
    return iterator(this, length);
}

      C++98的遍历方式：

PersonSet1 ps(new NativePerson[10],10);
for (PersonSet1::iterator pp = ps.begin();pp != ps.end();pp++)
{
    cout << (*p).name << endl;
}

     C++11的遍历方式：

PersonSet1 ps(new NativePerson[10],10);
for (auto p : ps)
{
    cout<<p.name<<endl;
}

     这里有个问题，按照要求，迭代器似乎必须知道最后一个元素，那对于只能遍历，得等到遍历到最后一个元素才能知道他的存在（没有后继），是否就没法实现了呢？也不是，可以这么变通：begin()和end()不是各返回一个迭代器么，前者的游标会动，后者不动。给迭代器设置一个成员curPos，begin()返回的迭代器curPos为0，end()返回的迭代器curPos为1，然后当begin()的迭代器迭代到没有没有后继时，把curPos设为1，然后不就能使得循环退出么？

     实现方法，假设有一个读取NativePerson的读取器，他长这样的：

class PersonReader
{
public:
    bool next();
    NativePerson get();
};

     然后就可以这样实现：

     头文件：

class PersonSet2
{
    PersonReader& reader;
public:
    class iterator
    {
        PersonSet2& parent;
        CurPos curPos;
    public:
        iterator(PersonSet2& parent);//begin
        iterator();//end
        iterator& operator++();
        bool operator!=(iterator& other);
        NativePerson operator*();
    };
    PersonSet2(PersonReader& reader);
    iterator begin();
    iterator end();
};

CPP文件：（部分）

PersonSet2::iterator::iterator(PersonSet2 & parent) : parent(parent)
{
    curPos = BEGIN;
    operator++();//必须调用一次operator++()保证指针处在第一个元素。
}
PersonSet2::iterator::iterator() : parent(*(PersonSet2*)nullptr)
{
    curPos = END;
}

PersonSet2::iterator & PersonSet2::iterator::operator++()
{
    if (parent.reader.next())
    {
        //把读取器的游标往后移动后要做的事
    }
    else
    {
        curPos = END;//这样就把迭代器标记为末元素
    }
    return *this;
}

bool PersonSet2::iterator::operator!=(iterator & other)
{
    return curPos != other.curPos;//如果没读到最后一个元素，迭代器游标位置为BEGIN，否则就被设为END
}

NativePerson PersonSet2::iterator::operator*()
{
    return parent.reader.get();
}

PersonSet2::iterator PersonSet2::begin()
{
    return iterator(*this);
}

PersonSet2::iterator PersonSet2::end()
{
    return iterator();
}

然后就没有然后了。还有什么问题么？