由迭代模式想到得——用设计模式理解 .NET

关键词：迭代模式、foreach、迭代器、IEnumerable、IEnumerator、泛型

导言：这两天看迭代模式，一边学习，一边联系到.NET Framework的有关设计，小有收获，写下此文以供日后查看。这个关联学习的过程包括以下几个阶段：

学习迭代模式

想到了对应.NET中的foreach

在深入了解foreach的时候碰到了泛型

然后回归到.NET集合内的迭代，认识了到了“迭代器”的说法

一、 迭代模式

定义：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不暴露其中内部的表示。

关于迭代模式的正统解释和示例说明，不想多说，参考《HeadFirst》或《设计模式》。谈谈个人的理解：

首先，迭代模式出现在对集合遍历的需求上。

集合（C）有很多形式：数组、ArrayList、HashTable等等，如果要对这些集合的实例变量做遍历，大的方式和流程是一致的，但是具体实现代码不尽相同；

为了尽量减少代码数量和尽可能的实现逻辑抽象，就有人想出了Iterator（迭代接口），让这些集合都实现这个接口，以方便对接口的统一调用；

但是如此就违反了OO设计的“职责单一”原则，所以需要另外设置一个类（E）来实现Iterator接口，当然这个接口需要以集合为参数。

获取某个集合的迭代接口对象，可以放在E内实现，也可以放在C内实现。从用户角度考虑，面向用户的信息量要尽量精简、屏蔽实现细节，所以最好放在C内，这也不怎么违背集合C的职责单一性。

二、 Foreach

迭代模式不就是实现集合遍历嘛，这让我想到了.NET2.0新增的语法foreach，foreach就是用来对集合实现遍历的，所以我猜想能被foreach的集合可定实现了迭代，所以我马上参看了《C#语言规范》关于foreach的说明：

5.3.3.16 foreach 语句（因为没有参看上下文，没太看懂，抽时间再看）

8.8.4 foreach 语句（看懂了，说两句）

《C#语言规范》的相关全文不做全部转载，自行参考。我关心的有几句话：

首先是foreach的使用限制：在 foreach 语句执行期间，迭代变量表示当前正在为其执行迭代的集合元素。如果嵌入语句试图修改迭代变量（通过赋值或 ++ 和 -- 运算符）或将迭代变量作为 ref 或 out 参数传递，则将发生编译时错误。

为什么会这样呢？这是我的一个疑问，我后边会解释。

其次，《C#语言规范》明确说明了什么叫集合：如果类型 C 实现了 System.Collections.IEnumerable 接口，或者能够满足下列（有关实现集合模式的）条件，就称它是集合类型：

· C 包含一个 public 实例方法，它带有签名 GetEnumerator()，且返回值属于结构类型、类类型或接口类型（后文中用 E 表示该返回值的类型）。

· E 包含一个 public 实例方法，此方法具有签名 MoveNext() 和返回类型 bool。

· E 包含一个名为 Current 的 public 实例属性，此属性允许读取当前值。此属性的类型称为该集合类型的元素类型。

我为什么会留意这一点呢，因为规范上说：foreach 语句的表达式的类型必须是集合类型。

老实说，之前我对foreach的实现原理总有种神秘感，现在了解了其原理之后，手痒痒的厉害，就试着做了个测试：自己定义一个集合，但不实现IEnumerable接口，代码如下：

using System;

using System.Collections;

using System.Collections.Generic;

using System.Text;

namespace 迭代

{

class Program

{

static void Main(string[] args)

{

MyIEnumerator mi = new MyIEnumerator();

foreach (int i in mi)

{

Console.WriteLine(i);

}

Console.Read();

}

class MyIEnumerator //: IEnumerator

{

int i;

public MyIEnumerator GetEnumerator()

{

return this;

}

public MyIEnumerator()

{

i = -1;

}

public object Current

{

get { return i; }

}

public bool MoveNext()

{

if (i < 3)

{

i++;

return true;

}

else

{

return false;

}

//public void Reset()

//{

// i = -1;

//}

}

这段程序测试通过，兴奋！不过兴奋归兴奋，以后实际使用还是继承IEnumerable来的规范一点。

最后，《规范》给出了foreach的背后扩展形式

E enumerator = (collection).GetEnumerator();

try {

while (enumerator.MoveNext()) {

ElementType element = (ElementType)enumerator.Current;

statement;

}

finally {

IDisposable disposable = enumerator as System.IDisposable;

if (disposable != null) disposable.Dispose();

}

并说，enumerator 变量是一个临时变量，它在嵌入 statement 中既是不可访问的，也是不可见的，元素变量在嵌入 statement 中是只读的。

这倒解释了，前边使用了foreach的限制，那enumerator为什么又是个临时变量呢？这又是个疑问留在后边解释。

三、泛型

可爱的泛型，自从我了解到什么是泛型之后，我就有一种说不的快乐，哈哈，原来泛型这么好使，这里我不打算详细说我对泛型的理解，我对它的喜爱足以让我另立专题，这里我只想说说，我怎么从foreach找到了泛型。

我们一般新建一个cs文件（类文件）时，VS2005默认就给出了三个引用项

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.Text;

我在认识IEnumerator接口的时候，尝试写这么一句话

IEnumerator E = list. GetEnumerator(),却发现编辑环境居然不自动提示IEnumerator这个单词，而且我写出来也不变色（是类或接口就应该变成绿色嘛），奇怪了（IEnumerator是声明在System.Collections命名空间内的，我忘了引用，要是出来才奇怪！）

，却出来了个IEnumerator<T>的提示，泛型？不了解，决定翻翻书……

关于泛型，我还想说的是，三个默认的引用文件就有其一个System.Collections.Generic，说明其何等的重要。

另外一句话，是刚刚看设计模式得到的“使用泛型来确保foreach的类型安全”，深感认同。（不过，原话不是这么说了，原话是说的java的for/in语法，我自己翻译了一下）

四、.NET中的迭代器

好了，再回到迭代模式。.NET Framework 已经将迭代模式做进了框架内所有定义的集合类型内，MSDN中称这个所有集合都能返回的接口IEnumerator为迭代器（和java的Iterator对应）。从单一职责的角度考虑，GetEnumerator()方法所返回的接口实例，应该是实现集合遍历的另外一个类，这个类呢？我通过Reflector查看源码没有看到，上网查了查，原来微软将迭代器做进了编译器，真绝！不仅如此，为了方便用户实现自己的迭代器，微软还为迭代器的快捷生成设置了 yield return 这样的语法，如下例。关于yield是什么，请自行参看MSDN帮助，我的白话理解是：能够允许连续返回多个值，而且返回的这多个值就构成了一个可以遍历的迭代器，这是编译器自己干的。