IL角度理解for 與foreach的區別——迭代器模式
1 最常用的設計模式
1.1 背景
如果問你最常用的設計模式是哪種？你可能會說單例模式，工廠模式。但根據我在專案裡的經驗，一個完整的應用，應該是迭代器模式。
1.2 摘要
- 本文不講怎麼去實現迭代器模式，但介紹迭代器模式到底是什麼？為什麼迭代器迴圈迭代時，無法刪除元素，無法修改元素；
- 本文講的迭代器，媒介主要是C#語言下的foreach，微軟爸爸已經在C#的foreach中幫我們實現了迭代器程式碼，關於迭代器，我們只需要知道他是什麼，他的特性是什麼，為什麼要用他?
- 迭代器有什麼優點，有什麼缺點？
- 在本文中迭代器模式約等於foreach
2 遍歷元素
在本項中將會帶大家一起進入迭代器模式下的IL程式碼，看看迭代器內部是怎麼去進行迴圈迭代的；
如下程式碼實現了for迴圈列印集合中的所有元素，以及foreach迭代列印集合中的所有元素。
static void Main(string[] args)
{
List<int> intList = new List<int>();
intList.Add(1);
intList.Add(2);
for(var i=0;i<intList.Count;i++)
{
Console.WriteLine("元素for遍歷列印:" + intList[i]);
}
foreach (var item in intList)
{
Console.WriteLine("元素foreach遍歷列印:" + item);
}
}
程式碼輸出：
可以看到兩種列印方式效果一致；for迴圈任一一種語言都有，大家再熟悉不過，這裡不再贅述，我們來看下foreach迭代器模式的IL程式碼(如果當前網頁太小，看不清，請將圖片右鍵另存開啟，或者將圖片拖到瀏覽器新視窗開啟)；
大概思路如下：List 下有個迭代器Enumerator，可以通過List下的GetEnumerator方法獲得此迭代器集合；然後通過迭代器的get_Current方法來獲取當前第一個元素。迭代器的MoveNext()方法判斷下一元素是否存在，如果存在取出迴圈；不存在結束迭代迴圈模式；最終，將迭代過程中產生的系統非託管資源釋放；
迭代器程式碼如下：
var enumerator = intList.GetEnumerator();
while (enumerator.MoveNext())
{
Console.WriteLine("迭代器模式遍歷列印:" + enumerator.Current);
}
Console.ReadLine();
3 刪除元素
3.1 for刪除例子
List<int> intList = new List<int>();
intList.Add(1);
intList.Add(2);
for(var i=0;i<intList.Count;i++)
{
if (intList[i] == 1)
{ intList.Remove(1); }
}
Console.WriteLine("集合中元素數量:" + intList.Count);
Console輸出
集合中元素數量:1
這說明for刪除成功
3.2 foreach刪除例子
foreach (var item in intList)
{
if (item==1)
{ intList.Remove(1); }
}
Console.WriteLine("集合中元素數量:" + intList.Count);
從如上丟擲的異常得得知 var enumerator = intList.GetEnumerator();迭代器在迴圈迭代中是不允許對該迭代器進行刪除操作的。如果需要刪除操作，可以再這個集合基礎上做linq操作；因為迭代器在迴圈迭代中是一個值物件的存在，不允許變更迭代器物件的內容；
思考
如下程式碼也是運用了迭代器模式，為什麼能刪除集合元素了？讀者自行思考哈。這也是迭代器方式下犧牲記憶體來刪除/修改元素的一種方法。
foreach (var item in dictionary.ToList()) {
Debug.Log(item.Key + "," + item.Value);
if (item.Key.Equals("s11")) {
dictionary.Remove(item.Key);
}
}
4 修改元素
4.1 for修改
List<int> intList = new List<int>();
intList.Add(1);
intList.Add(2);
for(var i=0;i<intList.Count;i++)
{
if (intList[i] == 1)
{ intList[i]=3; }
Console.WriteLine("集合中元素遍歷:" + intList[i]);
}
輸出：
集合中元素遍歷:3
集合中元素遍歷:2
從如上輸出看出，for修改成功
4.2 foreach修改
直接編譯就通不過
5 修改元素屬性
如下程式，會去修改迭代器元素的屬性，並且在for跟foreach下都能執行成功。
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
List<protocol> protocols = new List<protocol>();
var p1 = new protocol();
p1.bytes = new byte[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
var p2 = new protocol();
p2.bytes = new byte[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
protocols.Add(p1);
protocols.Add(p2);
foreach (var item in protocols)
{
item.bytes = p2.bytes;
item.intList.Add(1);
}
for (var i=0;i<protocols.Count;i++)
{
protocols[i].bytes = p1.bytes;
protocols[i].intList.Add(1);
protocols[i] = p1;
}
Console.WriteLine("程式執行成功");
Console.ReadLine();
}
}
public class protocol
{
public byte[] bytes= { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0 };
public List<int> intList=new List<int>();
}
6 什麼場景下用foreach
既然，for效率更高，foreach效率不及for。for能做的事foreach不能做（修改刪除元素）。是不是沒有foreach的用武之地了呢，大錯特錯了，恰恰相反，每個專案裡用的最多的反而是foreach迭代器模式，我統計了下超過工廠模式跟單例模式，不信你自己去數foreach的數量。但是在遍歷雜湊集合時，如字典，for就會失效了，因為下標不是有序數值了，而是看上去無序的內部雜湊演算法。這時foreach遍歷字典就很有用，他定義了一個列舉器（迭代器），而這個列舉器統一了，getCurrent(), moveNext()等用於迭代的方法；
foreach (var item in dictionary.ToList()) {
Debug.Log(item.Key + "," + item.Value);
if (item.Key.Equals("s11")) {
dictionary.Remove(item.Key);
}
}
像上面的用for，for迴圈的i與字典的key（自定義，一般是string型別）是沒辦法建立對映關係的；所以無法用for迴圈
7 小結
- for與foreach都可以遍歷陣列/集合，不過for則在較複雜的迴圈中效率更高；
- foreach不可以刪除/修改集合元素，而for可以；
- foreach和for都可以修改元素裡面的屬性；
- foreach適合遍歷用了雜湊演算法的雜湊，集合，字典；
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