c# 自己实现可迭代的容器
在c#中我们经常使用到foreach语句来遍历容器，如数组，List，为什么使用foreach语句能够遍历一个这些容器呢，首先的一个前提是这些容器都实现了IEnumerable接口，通过IEnumerable接口的GetEnumerator方法获得实现IEnumerator接口的对象。IEnumerator接口对象定义了两个方法外加一个属性。分别为MoveNext方法和Reset方法，以及Current属性。
一、foreach背后的故事
下面我们通过一个简单的例子来探索foreach背后究竟发生了什么，进而我们自己实现一个简单的可迭代的容器。
namespace CustomEnumerateTest
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
List<int> l = new List<int>();
l.Add(1);
l.Add(2);
l.Add(3);
foreach (var v in l)
{
Console.WriteLine(v);
}
}
}
}
这是一段很简单的代码，foreach究竟是如何来实现容器对象的遍历的，我们通过ILDasm工具来查看c#编译器生成的中间码。代码如下，只贴出部分中间码：
IL_0020: ldloc.0
IL_0021: callvirt instance valuetype [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1/Enumerator<!0> class [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1<int32>::GetEnumerator() //调用List的GetEnumerator方法获取GetEnumerator对象
IL_0026: stloc.2
.try
{
IL_0027: br.s IL_003a //跳转指令，跳转到IL_003a处执行
IL_0029: ldloca.s CS$5$0000 //获取Enumerator对象的地址，push到堆栈。
IL_002b: call instance !0 valuetype [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1/Enumerator<int32>::get_Current() //调用Enumerator对象的get_Current()方法。
IL_0030: stloc.1
IL_0031: nop
IL_0032: ldloc.1
IL_0033: call void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
IL_0038: nop
IL_0039: nop
IL_003a: ldloca.s CS$5$0000
IL_003c: call instance bool valuetype [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1/Enumerator<int32>::MoveNext()//调用Enumerator对象的MoveNext（）方法。
IL_0041: stloc.3
IL_0042: ldloc.3
IL_0043: brtrue.s IL_0029
IL_0045: leave.s IL_0056
} // end .try
finally
{
IL_0047: ldloca.s CS$5$0000
IL_0049: constrained. valuetype [mscorlib]System.Collections.Generic.List`1/Enumerator<int32>
IL_004f: callvirt instance void [mscorlib]System.IDisposable::Dispose()
IL_0054: nop
IL_0055: endfinally
} // end handler
上面贴出的就是对应源码中的foreach块的代码 。从红色部分我们可以看到了。首先编译器在遇到foreach语句时，会先调用List的GetEnumerator方法获得Enumerator对象，其中Enumerator对象实现了IEnumerator接口，GetEnumerator方法是IEnumerable接口，List实现了该接口。其次，编译器分别调用Enumerator对象的MoveNext方法，和Current方法获取对象的当前元素，这里是int类型的元素，不断循环直到条件为假，中间码IL_0043指令处的条件判断用于判断是否结束循环。
既然我们看到了foreach背后的真实的调用，那么现在我们自己实现一个简单的可迭代的容器，以便加深我们对IEnumerale和IEnumerator接口的理解。
二、简单的可迭代容器实现（本代码只是为了说明问题，对于各种异常情况没有做相应处理。）
首先来看一个没有实现IEnumerable的容器。
public class SimpleList<TIn>
{
private static TIn[] _element;
private const int DefaultSize = ;
private int _currentIndex = -;
private int _allocSize;
private int _length;
public SimpleList()
{
_element = new TIn[DefaultSize];
_allocSize = DefaultSize; } public TIn this[int index] { get { return _element[index]; } set { _element[index] = value; } }
public void Add(TIn value)
{ _currentIndex++;
if (_currentIndex >= DefaultSize)
{
_allocSize = _allocSize * ;
TIn[] tmp = _element;
_element = new TIn[_allocSize];
tmp.CopyTo(_element, ); }
_element[_currentIndex] = value;
_length++;
}
public int Length { get { return _length; }} }
这个SimpleList没有实现IEnumerable接口，所以我们不能通过foreach来访问它，编译器会提示类型is not enumerable。但是我们实现了Indexer，所以可以通过for语句来访问。
下面给SimpleList增加IEnumerable接口的实现完整代码：
public class SimpleList<TIn> : IEnumerable<TIn>
{
private static TIn[] _element;
private const int DefaultSize = ;
private int _currentIndex = -;
private int _allocSize;
private int _length;
public SimpleList()
{
_element = new TIn[DefaultSize];
_allocSize = DefaultSize; } public TIn this[int index] { get { return _element[index]; } set { _element[index] = value; } }
public void Add(TIn value)
{ _currentIndex++;
if (_currentIndex >= DefaultSize)
{
_allocSize = _allocSize * ;
TIn[] tmp = _element;
_element = new TIn[_allocSize];
tmp.CopyTo(_element, ); }
_element[_currentIndex] = value;
_length++;
}
public int Length { get { return _length; }} public IEnumerator<TIn> GetEnumerator()
{
return new Enumerator(this);
} IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
{
return GetEnumerator();
}
public struct Enumerator : IEnumerator<TIn>
{
private SimpleList<TIn> list;
private int curIndex;
private TIn current; internal Enumerator(SimpleList<TIn> l)
{
list = l;
curIndex = ;
current = default (TIn);
}
public void Dispose()
{ } public bool MoveNext()
{
if (curIndex < list.Length)
{
current = list[curIndex];
curIndex++;
return true;
}
return false;
} public void Reset()
{
curIndex = ;
current = default (TIn);
} public TIn Current { get { return current; }} object IEnumerator.Current
{
get
{
if (curIndex == || curIndex == list.Length + )
{
throw new ArgumentException("curIndex");
}
return Current;
}
}
}
}
现在我们可以通过foreach来遍历SimpleList容器对象了。我们分别通过for和foreach来遍历：
class Program
{
static void Main(string[] args)
{ SimpleList<int> sl = new SimpleList<int>();
sl.Add();
sl.Add();
sl.Add();
Console.WriteLine("for 遍历：");
for (int i = ; i < sl.Length; i++)
{
Console.WriteLine(sl[i]);
}
Console.WriteLine("for each 遍历：");
foreach (var v in sl)
{
Console.WriteLine(v); } }
}
程序运行结果：
三、总结
通过以上的介绍我们实现迭代器对象首先是需要实现IEnumerate接口，其次为了遍历该对象中的元素我们需要实现IEnumerator接口，IEnumerate接口是为了获得Enumerator对象，只有获得了Enumerator对象我们才可以遍历集合的元素，这也是IEnumerate和IEnumerator的区别。IEnumerate接口告诉外界，该对象是可迭代的，具体如何迭代，是Enumerator接口实现的事情，因此，外界可以不需要知道Enumerator的存在。
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