C#中foreach实现原理详解

在C#语言中，foreach可以用于遍历数组、集合和自定义类型等可迭代对象。本文将详细介绍foreach的实现原理，让读者更深入地了解该语法的运行机制。

foreach语法

foreach语法的基本形式如下：

foreach (var variable in expression)
{
    // code block
}

其中，expression 必须是一个可迭代对象，variable 是一个临时变量，用于存储每次迭代中的元素（通常是数组或集合中的某个元素），code block 则是要执行的代码块。

foreach实现原理

C#中foreach语法糖的实现原理就是：foreach语句内部的语句将会被编译成包含while循环和try-finally语句的代码块。

以下是foreach语句编译后的代码块示例：

var enumerator = expression.GetEnumerator();

try
{
    while (enumerator.MoveNext())
    {
        var variable = enumerator.Current;
        // code block
    }
}
finally
{
    if (enumerator is IDisposable disposable)
    {
        disposable.Dispose();
    }
}

简单的来说，foreach语句会调用GetEnumerator() 方法获取可迭代对象的枚举器（enumerator），然后通过MoveNext()方法不断的获取当前元素并执行代码块，直到枚举结束。而try-finally语句则用于确保在遍历完成后释放资源。

示例说明

下面通过两个示例来详细说明foreach语法的实现原理。

示例一

var list = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };
foreach (var item in list)
{
    Console.WriteLine(item);
}

编译后的代码实现如下：

var enumerator = list.GetEnumerator();

try
{
    while (enumerator.MoveNext())
    {
        var item = enumerator.Current;
        Console.WriteLine(item);
    }
}
finally
{
    if (enumerator is IDisposable disposable)
    {
        disposable.Dispose();
    }
}

该示例中，list 是一个List类型的可迭代对象，foreach语句遍历该列表，并输出每个元素的值。

示例二

public class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }
}

public class People : IEnumerable<Person>
{
    private List<Person> _list = new List<Person>();

    public void Add(Person person)
    {
        _list.Add(person);
    }

    public IEnumerator<Person> GetEnumerator()
    {
        return _list.GetEnumerator();
    }

    IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
    {
        return GetEnumerator();
    }
}

var people = new People
{
    new Person { Name = "Tom", Age = 18 },
    new Person { Name = "Jack", Age = 20 },
    new Person { Name = "Mary", Age = 22 }
};

foreach (var person in people)
{
    Console.WriteLine($"{person.Name}, {person.Age}");
}

编译后的代码实现如下：

var enumerator = people.GetEnumerator();

try
{
    while (enumerator.MoveNext())
    {
        var person = enumerator.Current;
        Console.WriteLine($"{person.Name}, {person.Age}");
    }
}
finally
{
    if (enumerator is IDisposable disposable)
    {
        disposable.Dispose();
    }
}

该示例中，利用了自定义类型 People 的实现，该类继承了 IEnumerable 接口，同时实现了GetEnumerator()方法，因此，该类型的实例可以被foreach语句遍历。

总结

本文详细介绍了C#中 foreach 语法糖的实现原理，编译出的代码块包含while 循环和try-finally 语句用于确保在遍历完成后释放资源，这也是该语法糖的优化设计。同时，也通过两个示例说明如何使用foreach语法糖遍历不同类型的可迭代对象。