深入探讨C#foreach语句

C# foreach语句不仅仅只是do...while或者for循环语句的一个变体。它会为我们的集合产生***的遍历代码。实际上，foreach语句的定义和.NET框架中的集合接口密切相关。对于一些特殊的集合类型，C#编译器会产生具有***效率的代码。遍历集合时，我们应该使用C# foreach语句，而非其他的循环构造。例如，对于下面三种循环：

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int [] foo = new int[100];  
  
  
  
 
  
  
  
// 循环1:  
  
  
  
 
  
  
  
foreach ( int i in foo)  
  
  
  
 
  
  
  
Console.WriteLine( i.ToString( ));  
  
  
  
 
  
  
  
// 循环2:  
  
  
  
 
  
  
  
for ( int index = 0;  
  
  
  
 
  
  
  
index < foo.Length;  
  
  
  
 
  
  
  
index++ )  
  
  
  
 
  
  
  
Console.WriteLine( foo[index].ToString( ));  
  
  
  
 
  
  
  
// 循环3:  
  
  
  
 
  
  
  
int len = foo.Length;  
  
  
  
 
  
  
  
for ( int index = 0;  
  
  
  
 
  
  
  
index < len;  
  
  
  
 
  
  
  
index++ )  
  
  
  
 
  
  
  
Console.WriteLine( foo[index].ToString( ));  
 
 
 

对于当前和将来的C#编译器（版本1.1及其以上版本），第1个循环产生的代码***，而且需要键入的字符也最少，因此程序员的开发效率也比较高。（不过在C# 1.0编译器下，第1个循环产生的代码效率较慢，第2个循环产生的代码效率***。）大多数C和C++程序员认为效率***的第3循环，反而是最坏的选择。通过将Length变量放到循环之外，我们实际上阻碍了JIT编译器移除循环中的范围检查。

C#代码运行在一个安全、托管的环境中。每一个内存位置都会被检查，包括数组索引。事实上，第3个循环所产生的代码和如下的代码等效：

 
 
 

  
  
  
// 循环3, 和编译器产生的代码等效:  
  
  
  
 
  
  
  
int len = foo.Length;  
  
  
  
 
  
  
  
for ( int index = 0;  
  
  
  
 
  
  
  
index < len;  
  
  
  
 
  
  
  
index++ )  
  
  
  
 
  
  
  
{  
  
  
  
 
  
  
  
if ( index < foo.Length )  
  
  
  
 
  
  
  
Console.WriteLine( foo[index].ToString( ));  
  
  
  
 
  
  
  
else 
  
  
  
 
  
  
  
throw new IndexOutOfRangeException( );  
  
  
  
 
  
  
  
}  
 
 
 

JIT和C#编译器并不“喜欢”我们用这种方式来帮助它们。将Length属性放到循环之外只会让JIT编译器做更多的工作，产生的代码也更慢。CLR会确保我们写的代码不会滥用变量拥有的内存。CLR会在访问每一个特定数组元素之前，产生一个数组界限（并非上面的len变量）测试。如果我们像上面那样写代码，每一个数组界限测试会被执行两次。

在循环的每一次迭代中，我们都要对数组索引做两次检查。第1个循环和第2个循环更快的理由在于C#编译器和JIT编译器可以确保循环中的数组界限是安全的。只要循环变量不是数组的Length属性，每一次迭代时都会执行数组界限检查。

对于1.0版本的C#编译器，在数组上使用foreach语句产生的代码比较慢的原因在于装箱操作（有关装箱的详细讨论，参见条款17）。在.NET中，数组是类型安全的。1.1版本之后的C#编译器会为数组与其他集合产生不同的IL。在1.0版本的编译器产生的代码中，在数组上使用foreach语句实际上是通过IEnumerator接口来遍历数组，而这会导致装箱与拆箱操作：

 
 
 

  
  
  
IEnumerator it = foo.GetEnumerator( );  
  
  
  
 
  
  
  
while( it.MoveNext( ))  
  
  
  
 
  
  
  
{  
  
  
  
 
  
  
  
int i = (int) it.Current; // 这里将出现装箱和拆箱。  
  
  
  
 
  
  
  
Console.WriteLine( i.ToString( ) );  
  
  
  
 
  
  
  
}  
 
 
 

相反，对于1.1版本之后的C#编译器，在数组上使用foreach语句将产生类似如下的构造：

 
 
 

  
  
  
for ( int index = 0;  
  
  
  
 
  
  
  
index < foo.Length;  
  
  
  
 
  
  
  
index++ )  
  
  
  
 
  
  
  
Console.WriteLine( foo[index].ToString( ));  
 
 
 

由于foreach语句总会产生***的代码，所以我们不必刻意去记忆哪种构造会产生***效的循环构造——foreach和编译器会为我们做这些工作。

如果效率还不能说服大家，那么来看看语言互操作的情况。总有一些人（其中的大多数人都有使用其他一些编程语言的经验）坚定地认为数组的起始索引变量应该从1（而非0）开始。不管我们怎么费力地说服他们，都无法改变他们的这个习惯。.NET开发组在这个问题上已经尽力了。我们可以在C#语言中用如下的初始化方式，来获得一个起始索引不为0的数组：

 
 
 

  
  
  
// 创建一个一维数组，范围为 [ 1 .. 5 ]。  
  
  
  
 
  
  
  
Array test = Array.CreateInstance( typeof( int ),  
  
  
  
 
  
  
  
new int[ ]{ 5 }, new int[ ]{ 1 });  
 
 
 

很多人面对这样的代码可能会退缩，转而使用起始索引为0的数组。但是总有一些人对此比较顽固。不管你怎么努力，这些人都会坚持从1开始索引数组。幸运地是，在这个问题上我们可以使用foreach语句来蒙混编译器：

 
 
 

  
  
  
foreach( int j in test )  
  
  
  
 
  
  
  
Console.WriteLine ( j );  
 
 
 

这里的foreach语句知道如何获得数组的上下界，因此就不必烦劳我们——而且其效率和我们手写的for循环一样快，不管其他人采用的数组下界是多少，我们使用这种做法都可以正常工作。

另外，C# foreach语句还可以为我们带来其他好处。其中的循环变量是只读的——也就是说我们不能替换foreach语句中的集合对象。而且还存在一个显式强制转型。如果集合中保存的对象类型不正确，迭代语句将抛出一个异常。

对于多维数组，foreach语句也有类似的好处。假设我们要创建一个棋盘，我们可能会编写如下的两段代码：

 
 
 

  
  
  
private Square[,] _theBoard = new Square[ 8, 8 ];  
  
  
  
 
  
  
  
// 另外地方的代码:  
  
  
  
 
  
  
  
for ( int i = 0; i < _theBoard.GetLength( 0 ); i++ )  
  
  
  
 
  
  
  
for( int j = 0; j < _theBoard.GetLength( 1 ); j++ )  
  
  
  
 
  
  
  
_theBoard[ i, j ].PaintSquare( );  
 
 
 

使用foreach语句，我们可以将上面的遍历代码做如下的简化：

 
 
 

  
  
  
foreach( Square sq in _theBoard )  
  
  
  
 
  
  
  
sq.PaintSquare( );  
 
 
 

不管数组的维数是多少，foreach语句都会产生正确的遍历代码。如果我们之后又要做一个3D棋盘，上面的foreach循环仍然会正常工作。而其他手写的循环代码就需要更改了：

 
 
 

  
  
  
for ( int i = 0; i < _theBoard.GetLength( 0 ); i++ )  
  
  
  
 
  
  
  
for( int j = 0; j < _theBoard.GetLength( 1 ); j++ )  
  
  
  
 
  
  
  
for( int k = 0; k < _theBoard.GetLength( 2 ); k++ )  
  
  
  
 
  
  
  
_theBoard[ i, j, k ].PaintSquare( );  
 
 
 

事实上，对于在每一维上拥有不同下界的多维数组来讲，foreach循环也会正常工作。这里我就不再编写这样的示例代码了。如果有人使用那样的集合，我们要知道foreach语句也能处理它。

如果我们刚开始使用的是数组，后来又需要转向其他数据结构，foreach语句允许我们不用更改绝大多数代码，从而保持代码的灵活性。假设我们刚开始有如下一个简单的数组：

 
 
 

  
  
  
int [] foo = new int[100]; 
 
 
 

但过了一段时间后，我们发现该数组无法方便地处理我们需要的某种功能。这时候，我们选择将数组更改为ArrayList：

 
 
 

  
  
  
// 设置初始大小:  
  
  
  
 
  
  
  
ArrayList foo = new ArrayList( 100 );  
 
 
 

这样更改之后，任何手写的for循环代码都将遭到破坏：

 
 
 

  
  
  
int sum = 0;  
  
  
  
 
  
  
  
for ( int index = 0;  
  
  
  
 
  
  
  
// 下面的代码将不能编译：ArrayList 使用Count，而非Length。  
  
  
  
 
  
  
  
index < foo.Length;  
  
  
  
 
  
  
  
index++ )  
  
  
  
 
  
  
  
//下面的代码将不能编译：foo[ index ] 是一个object，而非int。  
  
  
  
 
  
  
  
sum += foo[ index ];  
 
 
 

而使用foreach语句，它会编译为不同的代码，自动将每一个操作数强制转换为正确的类型。我们在代码上无需做任何更改。事实上，使用foreach语句不仅可以更改为标准集合类型——任何集合类型都可以使用foreach。

如果我们支持.NET环境为集合所定义的规则，用户便可以使用foreach来遍历我们的类型成员。要让foreach语句将一个类看做集合类型，该类必须拥有一些属性。总共有3种方式可以使一个类成为集合类：类型具备一个公有的GetEnumerator()方法；类型显式实现了IEnumerable接口；类型实现了IEnumerator接口。

***，C# foreach语句还会为我们在资源管理方面带来额外的好处。IEnumerable接口只包含一个方法：GetEnumerator()。在一个支持IEnumerable接口的类型上使用foreach语句会产生类似如下的代码（会有一些优化）：

 
 
 

  
  
  
IEnumerator it = foo.GetEnumerator( ) as IEnumerator;  
  
  
  
 
  
  
  
using ( IDisposable disp = it as IDisposable )  
  
  
  
 
  
  
  
{  
  
  
  
 
  
  
  
while ( it.MoveNext( ))  
  
  
  
 
  
  
  
{  
  
  
  
 
  
  
  
int elem = ( int ) it.Current;  
  
  
  
 
  
  
  
sum += elem;  
  
  
  
 
  
  
  
}  
  
  
  
 
  
  
  
}  
 
 
 

如果编译器可以确定类型对IDisposable接口的实现情况，那么它就会自动优化finally块中的语句。

综上所述，foreach是一个非常有用的语句。它会使用***效的构造为“数组的上下界索引”、“多维数组遍历”和“操作数转型”产生正确的代码，并且产生的是***效率的循环结构。它是遍历集合的***方式。使用它，我们编写的代码将比较“经久耐用”，而且在刚开始编写的时候也比较简单。使用foreach为我们带来的开发效率提升可能很少，但是随着时间的推移，它的效益会不断增长。

C# foreach语句的深入了解的内容就向你介绍到这里，希望对你了解和学习C# foreach语句有所帮助。

当前题目：深入探讨C#foreach语句
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