C#中的foreach实现原理

我们都知道可以用foreach来遍历数组，List或者Dictionary等等。相比for循环来说，foreach写法简单，不用担心越界问题，也不用强制进行类型转换（下文有分析）。

例如将一个double数组的元素当做int类型输出，使用for循环可能需要这样写

for (int i = 0; i < doubleArray.Length; i++)
{
      Console.WriteLine((int)doubleArray[i]);
}

但如果使用foreach：

foreach (int i in doubleArray)
{
        Console.WriteLine(i);
}

/************************************************/

回到正题，foreach的原理是什么，或者说怎么实现一个可以被foreach遍历的结构呢？

答案主要在于两个C#接口，IEnumerable和IEnumerator。

IEnumerable 接口里有一个方法GetEnumerator。IEnumerable的意思是这个集合是可以遍历的，而GetEnumerator方法返回的IEnumerator的就是一个遍历器，用这个工具来遍历这个类。

IEnumorator接口中定义的内容包括Current，就是返回这个遍历工具所指向的那个容器的当前的元素，MoveNext ()方法就是指向下一个元素，当遍历到最后没有元素时，返回一个false.

上代码：School集合里有很多Student

首先定义一个Student类，这个类里有属性Name和构造器：

class Student
{
    public string Name { get; set; };

    public Student()
    {

    }

    public Student(string name)
    {
        Name = name;
    }
}

接下来定义School类，其中包含一个Student数组，构造方法。并继承IEnumerable接口并实现IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()方法：

class School : IEnumerable
{
    private Student[] students;

    public School(Student[] stus)
    {
        students = (Student[])stus.Clone();
    }

    IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
    {
        return new PeopleEnum(students);
    }
}

其中PeopleEnum  是继承了IEnumerator接口的类型，用于foreach遍历。IEnumerator接口中包括了object IEnumerator.Current属性和public bool MoveNext()，public void Reset()方法。

如果使用了泛型T还会有T IEnumerator<T>.Current属性。

class PeopleEnum : IEnumerator
{
    private Student[] students;
    private int index = -1;

    object IEnumerator.Current => Current;
    public Student Current
    {
        get
        {
            return students[index];
        }
    }

    public PeopleEnum(Student[] stus)
    {
        students= stus;
    }

    public bool MoveNext()
    {
        index++;
        return index < students.Length;
    }

    public void Reset()
    {
        index = -1;
    }
}

我们额外添加了student数组和一个数组下标index。

其中foreach首先调用MoveNext()  方法，使其下标加1，判断是否越界。如果没有越界就通过Current取出目标值。可以看到如果没有使用泛型的话，返回的是object类型的值，这也是为什么foreach不需要我们进行强制类型转换的原因，即foreach会自动进行转换，缺点就是涉及到装箱拆箱，影响效率。但是这一点可以通过使用泛型避免，有点类似于C#中的ArrayList和List。