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    C#中Foreach循环遍历的本质与枚举器详解

    作者:shunshunshun18 栏目:未分类 时间:2021-08-10 14:43:15

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    叹!百花齐放的时代,渐行渐远!



    前言

    对于C#里面的Foreach学过 语言的人都知道怎么用,但是其原理相信很多人和我一样都没有去深究。刚回顾泛型讲到枚举器让我联想到了Foreach的实现,所以进行一番探究,有什么不对或者错误的地方大家多多斧正。

    1、创建一个控制台应用程序

    2、编写测试代码并分析

    在Program类中写一个foreach循环

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            List peopleList = new List() { "张三", "李四", "王五" };
            foreach (string people in peopleList)
            {
                Console.WriteLine(people);
            }
            Console.ReadKey();
        }
    }

    生成项目将项目编译后在debug目录下用Reflection反编译ForeachTest.exe程序集后查看Program类的IL代码,IL代码如下:

    .class private auto ansi beforefieldinit Program
        extends [mscorlib]System.Object
    {
        .method public hidebysig specialname rtspecialname instance void .ctor() cil managed
        {
            .maxstack 8
            L_0000: ldarg.0
            L_0001: call instance void [mscorlib]System.Object::.ctor()
            L_0006: ret
        }
    
        .method private hidebysig static void Main(string[] args) cil managed
        {
            .entrypoint
            .maxstack 2
            .locals init (
                [0] class [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1<string> list,
                [1] string str,
                [2] class [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1<string> list2,
                [3] valuetype [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1/Enumerator`0<string> enumerator,
                [4] bool flag)
            L_0000: nop
            L_0001: newobj instance void [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1<string>::.ctor()
            L_0006: stloc.2
            L_0007: ldloc.2
            L_0008: ldstr "\u5f20\u4e09"
            L_000d: callvirt instance void [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1<string>::Add(!0)
            L_0012: nop
            L_0013: ldloc.2
            L_0014: ldstr "\u674e\u56db"
            L_0019: callvirt instance void [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1<string>::Add(!0)
            L_001e: nop
            L_001f: ldloc.2
            L_0020: ldstr "\u738b\u4e94"
            L_0025: callvirt instance void [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1<string>::Add(!0)
            L_002a: nop
            L_002b: ldloc.2
            L_002c: stloc.0
            L_002d: nop
            L_002e: ldloc.0
            L_002f: callvirt instance valuetype [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1/Enumerator`0<!0> [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1<string>::GetEnumerator()
            L_0034: stloc.3
            L_0035: br.s L_0048
            L_0037: ldloca.s enumerator
            L_0039: call instance !0 [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1/Enumerator`0<string>::get_Current()
            L_003e: stloc.1
            L_003f: nop
            L_0040: ldloc.1
            L_0041: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
            L_0046: nop
            L_0047: nop
            L_0048: ldloca.s enumerator
            L_004a: call instance bool [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1/Enumerator`0<string>::MoveNext()
            L_004f: stloc.s flag
            L_0051: ldloc.s flag
            L_0053: brtrue.s L_0037
            L_0055: leave.s L_0066
            L_0057: ldloca.s enumerator
            L_0059: constrained. [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1/Enumerator`0<string>
            L_005f: callvirt instance void [mscorlib]System.IDisposable::Dispose()
            L_0064: nop
            L_0065: endfinally
            L_0066: nop
            L_0067: call valuetype [mscorlib]System.ConsoleKeyInfo [mscorlib]System.Console::ReadKey()
            L_006c: pop
            L_006d: ret
            .try L_0035 to L_0057 finally handler L_0057 to L_0066
        }
    }

    在反编译的IL代码中我们看到除了构建List和其他输出,然后多了三个方法:GetEnumerator(),get_Current() ,MoveNext() ,于是通过反编译reflector查看List泛型类,在List里面找到GetEnumerator方法是继承自接口IEnumerable 的方法,List实现的GetEnumerator方法代码

    public Enumerator GetEnumerator() => new Enumerator((List) this);

    即返回一个Enumerator泛型类,然后传入的参数是List泛型自己 this。接下来查看 Enumerator<T>泛型类

    [Serializable, StructLayout(LayoutKind.Sequential)]
    public struct Enumerator : IEnumerator<T>, IDisposable, IEnumerator
    {
        private List<T> list;
        private int index;
        private int version;
        private T current;
        internal Enumerator(List<T> list)
        {
            this.list = list;
            this.index = 0;
            this.version = list._version;
            this.current = default(T);
        }
     
        public void Dispose()
        {
        }
     
        public bool MoveNext()
        {
            List<T> list = this.list;
            if ((this.version == list._version) && (this.index < list._size))
            {
                this.current = list._items[this.index];
                this.index++;
                return true;
            }
            return this.MoveNextRare();
        }
     
        private bool MoveNextRare()
        {
            if (this.version != this.list._version)
            {
                ThrowHelper.ThrowInvalidOperationException(ExceptionResource.InvalidOperation_EnumFailedVersion);
            }
            this.index = this.list._size + 1;
            this.current = default(T);
            return false;
        }
     
        public T Current =>
            this.current;
        object IEnumerator.Current
        {
            get
            {
                if ((this.index == 0) || (this.index == (this.list._size + 1)))
                {
                    ThrowHelper.ThrowInvalidOperationException(ExceptionResource.InvalidOperation_EnumOpCantHappen);
                }
                return this.Current;
            }
        }
        void IEnumerator.Reset()
        {
            if (this.version != this.list._version)
            {
                ThrowHelper.ThrowInvalidOperationException(ExceptionResource.InvalidOperation_EnumFailedVersion);
            }
            this.index = 0;
            this.current = default(T);
        }
    }

    我们看到这个Enumerator<T>泛型类实现了接口IEnumerator的方法,也就是我们测试的ForeachTest程序集反编译后IL代码中出现的get_Current() ,MoveNext() 方法。所以foreach实际上是编译器编译后先调用GetEnumerator方法返回Enumerator的实例,这个实例即是一个枚举器实例。通过MoveNext方法移动下标来查找下一个list元素,get_Current方法获取当前查找到的元素,Reset方法是重置list。

    3、总结

    因此要使用Foreach遍历的对象是继承了IEnumerable接口然后实现GetEnumerator方法。返回的实体对象需要继承IEnumerator接口并实现相应的方法遍历对象。因此Foreach的另一种写法如下。