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C#中foreach語(yǔ)句深入研究

 更新時(shí)間：2015年06月17日 10:15:47   投稿：junjie  
這篇文章主要介紹了C#中foreach語(yǔ)句深入研究,本文通過(guò)手動(dòng)實(shí)現(xiàn)迭代器來(lái)了解foreach語(yǔ)句的本質(zhì),揭示其原理,需要的朋友可以參考下

1、概述

本文通過(guò)手動(dòng)實(shí)現(xiàn)迭代器來(lái)了解foreach語(yǔ)句的本質(zhì)。

2、使用foreach語(yǔ)句遍歷集合

在C#中，使用foreach語(yǔ)句來(lái)遍歷集合。foreach語(yǔ)句是微軟提供的語(yǔ)法糖，使用它可以簡(jiǎn)化C#內(nèi)置迭代器的使用復(fù)雜性。編譯foreach語(yǔ)句，會(huì)生成調(diào)用GetEnumerator和MoveNext方法以及Current屬性的代碼，這些方法和屬性恰是C#內(nèi)置迭代器所提供的。下面將通過(guò)實(shí)例來(lái)說(shuō)明這一切。

例1：使用foreach來(lái)遍歷集合

//************************************************************  
//  
// foreach應(yīng)用示例代碼  
//  
// Author：三五月兒  
//   
// Date：2014/09/10  
//  
//  
//************************************************************  
using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
namespace IEnumerableExp
{
  class Program
  {
    static void Main(string[] args)
    {
      List<Student> studentList = new List<Student>() 
      {
        new Student(){Id = 1, Name = "三五月兒", Age = 23},
        new Student(){Id = 2, Name = "張三豐", Age = 108},
        new Student(){Id = 3, Name = "艾爾克森", Age = 25},
        new Student(){Id = 3, Name = "穆里奇", Age = 27}
      };
      foreach (var student in studentList)
      {
        Console.WriteLine("Id = {0}, Name = {1}, Age = {2}", student.Id,student.Name,student.Age);
      }
    }
  }
  public class Student
  {
    public int Id { get; set; }
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }
  }
}

代碼中，使用foreach語(yǔ)句遍歷Student對(duì)象的集合，依次輸出Student對(duì)象的Id，Name，Age屬性值。使用ILDASM查看程序?qū)?yīng)的IL代碼，下面這些是與foreach語(yǔ)句相關(guān)的IL代碼：

IL_00c6: callvirt  instance valuetype [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1/Enumerator<!0> class [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1<class IEnumerableExp.Student>::GetEnumerator() 
IL_00d1: call  instance !0 valuetype [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1/Enumerator<class IEnumerableExp.Student>::get_Current()
IL_0102: call  instance bool valuetype [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1/Enumerator<class IEnumerableExp.Student>::MoveNext()

在IL代碼中，是不是找到了GetEnumerator和MoveNext方法以及Current屬性的身影，可見(jiàn)：foreach語(yǔ)句確實(shí)是微軟提供的用來(lái)支持C#內(nèi)置迭代器操作的語(yǔ)法糖，因?yàn)檫@些方法和屬性正是C#內(nèi)置迭代器所提供的。

當(dāng)然，除了使用foreach語(yǔ)句來(lái)遍歷集合外，還可以使用C#內(nèi)置迭代器提供的方法和屬性來(lái)遍歷集合，本例中還可以使用下面的代碼來(lái)完成遍歷操作：

IEnumerator<Student> studentEnumerator = studentList.GetEnumerator();
while (studentEnumerator.MoveNext())
{
   var currentStudent = studentEnumerator.Current as Student;
   Console.WriteLine("Id = {0}, Name = {1}, Age = {2}", currentStudent.Id, currentStudent.Name, currentStudent.Age);
}

在第二種方法中，通過(guò)調(diào)用GetEnumerator和MoveNext方法以及Current屬性來(lái)完成遍歷操作，是不是與foreach語(yǔ)句編譯后生成的代碼一致啊。
兩種遍歷方法，都會(huì)得到下圖所示結(jié)果：

圖1 遍歷集合元素

查看代碼中GetEnumerator和MoveNext方法以及Current屬性的定義，發(fā)現(xiàn)GetEnumerator方法來(lái)自于IEnumerable接口，而MoveNext方法與Current屬性來(lái)自于IEnumerator接口。實(shí)現(xiàn)C#迭代器都應(yīng)該實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)接口。下面就手動(dòng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)迭代器來(lái)操作學(xué)生對(duì)象的集合。

3、手動(dòng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)迭代器

前面使用到的是C#內(nèi)置迭代器，當(dāng)然，我們完全可以手動(dòng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)自己的迭代器。

例2：手動(dòng)實(shí)現(xiàn)迭代器

//************************************************************  
//  
// foreach應(yīng)用示例代碼  
//  
// Author：三五月兒  
//   
// Date：2014/09/10  
//  
//  
//************************************************************  
using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
namespace IEnumerableExp
{
  class Program
  {
    static void Main(string[] args)
    {
      Student[] students = new Student[4]
      {
        new Student(){Id = 1, Name = "三五月兒", Age = 23},
        new Student(){Id = 2, Name = "張三豐", Age = 108},
        new Student(){Id = 3, Name = "艾爾克森", Age = 25},
        new Student(){Id = 3, Name = "穆里奇", Age = 27}
      };
      StudentSet studentSet = new StudentSet(students);
      foreach (var student in studentSet)
      {
        Console.WriteLine("Id = {0}, Name = {1}, Age = {2}", student.Id, student.Name, student.Age);
      }
    }
  }
 
  public class Student
  {
    public int Id { get; set; }
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }
  }
 
  public class StudentSet : IEnumerable
  {
    private Student[] students;
    public StudentSet(Student[] inputStudents)
    {
      students = new Student[inputStudents.Length];
      for (int i = 0; i < inputStudents.Length; i++)
      {
        students[i] = inputStudents[i];
      }
    }
 
    IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
    {
      return (IEnumerator)GetEnumerator();
    }
 
    public StudentEnumerator GetEnumerator()
    {
      return new StudentEnumerator(students);
    }
  }
 
  public class StudentEnumerator : IEnumerator
  {
    public Student[] students;
    int position = -1;
    public StudentEnumerator(Student[] students)
    {
      this.students = students;
    }
 
    public bool MoveNext()
    {
      position++;
      return (position < students.Length);
    }
 
    public void Reset()
    {
      position = -1;
    }
 
    object IEnumerator.Current
    {
      get
      {
        return Current;
      }
    }
 
    public Student Current
    {
      get
      {
        try
        {
          return students[position];
        }
        catch (IndexOutOfRangeException)
        {
          throw new InvalidOperationException();
        }
      }
    }
  }
}

代碼中定義學(xué)生集合類(lèi)StudentSet，在類(lèi)中使用Student類(lèi)型的數(shù)組來(lái)保存學(xué)生元素，該類(lèi)實(shí)現(xiàn)IEnumerable接口，所以StudentSet類(lèi)必須實(shí)現(xiàn)IEnumerable接口的GetEnumerator方法，該方法返回實(shí)現(xiàn)了IEnumerator接口的迭代器StudentEnumerator。

下面來(lái)看看StudentEnumerator類(lèi)的定義，StudentEnumerator表示遍歷學(xué)生集合的迭代器，使用它提供的方法和屬性可以遍歷集合的元素，該類(lèi)實(shí)現(xiàn)IEnumerator接口，所以必須實(shí)現(xiàn)IEnumerator接口提供的MoveNext和Reset方法以及Current屬性。StudentEnumerator類(lèi)使用Student類(lèi)型的集合students來(lái)保存需要遍歷的集合。使用私有變量position來(lái)記錄元素的位置，一開(kāi)始position被賦值為-1，定位于集合中第一個(gè)元素的前面，在Reset方法中也可以將position的值置為-1，表示回到遍歷操作前的狀態(tài)。在MoveNext方法中先將position加1，再將其與集合的長(zhǎng)度進(jìn)行比較，看是否已經(jīng)遍歷完了所有元素，若未完返回true，否則返回false。在只讀屬性Current的實(shí)現(xiàn)中通過(guò)代碼students[position]返回students集合中position位置的元素值。在使用迭代器時(shí)，需要先調(diào)用MoveNext方法判斷下一個(gè)元素是否存在，如存在使用Current屬性得到這個(gè)值，若不存在則表示已經(jīng)遍歷完所有元素，將停止遍歷操作。

代碼中同樣使用foreach語(yǔ)句來(lái)遍歷StudentSet對(duì)象中的元素并輸出，與使用內(nèi)置迭代器的效果一致。

 4、總結(jié)

實(shí)現(xiàn)迭代器需要借助于IEnumerable與IEnumerator接口，接口IEnumerator提供的方法GetEnumerator可以返回實(shí)現(xiàn)IEnumerator接口的迭代器，而IEnumerator接口中包含了實(shí)現(xiàn)迭代器所需的方法及屬性的定義。凡是實(shí)現(xiàn)了迭代器的類(lèi)都可以使用foreach語(yǔ)句來(lái)遍歷其元素，因?yàn)閒oreach語(yǔ)句是微軟提供的支持內(nèi)置迭代器的語(yǔ)法糖，編譯foreach語(yǔ)句后生成的代碼與使用迭代器的代碼完全一致。

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