C# 图解教程 第5版 —— 第19章 枚举器和迭代器

19.1 枚举器和可枚举类型

使用 foreach 语句

​ 下面是使用 foreach 语句遍历数组的示例。

​ 数组可以使用这种方式访问的原因是：数组提供了枚举器对象。枚举器知道数组中元素的次序，并依次返回数组中的元素。

​ 对于有枚举器的类型而言，我们使用 GetEnumerator 方法来获取其拥有的枚举器，实现该方法的类型称为可枚举类型。数组就是可枚举类型。

图19.1 枚举器和可枚举类型概览

​ foreach 结构设计用来和可枚举类型一起使用，如下行为会被执行：

1. 调用 GetEnumerator 方法获取对象的枚举器。
2. 从枚举起中请求每一项并作为迭代变量（可读不可写）。

19.2 IEnumerator 接口

​ 实现了 IEnumerator 接口的枚举器包含 3 个函数成员：

1. Current：返回序列中当前位置项的属性。
   • 为只读属性。
   • 返回 object 类型的引用。
2. MoveNext：是将枚举器位置前进到集合中下一项的方法，返回布尔值。
   • 如果新的位置有效，返回 true。
   • 如果新的位置无效，返回 false。
3. Reset：将位置重置为原始状态。
   • 枚举器的原始位置在序列中的第一项之前，因此 MoveNext 必须在第一次使用 Current 之前调用。

图19.2 小集合的枚举器

​ 在编写 foreach 循环的时候，C# 编译器将生成与下面十分类似的代码（以 CIL 的形式）。

图19.3 .NET 数组类实现了 IEnumerator

19.3 IEnumerable 接口

​ 可枚举类是指实现了 IEnumerable 接口的类，该接口只有一个成员——GetEnumerator，返回对象的枚举器。

图19.4 GetEnumerator 方法返回类的一个枚举器对象

使用 IEnumerable 和 IEnumerator 的示例

19.4 泛型枚举接口

​ 使用 C# 泛型和非泛型的方式相差不大。

• 对于非泛型接口形式：
  • IEnumerable 接口的 GetEnumerator 方法返回实现 IEnumerator 的枚举器类实例。
  • 实现 IEnumerator 的类实现了 Current 属性，返回 object 类型的引用，然后将其转化为对象的实际类型。
• 对于泛型接口形式：
  • IEnumerable 接口的 GetEnumerator 方法返回实现 IEnumerator 的枚举器类实例。
  • 实现 IEnumerator 的类实现了 Current 属性，返回实际类型的实例，而不是 object 基类的引用。
  • 实际上泛型接口的声明是协变的，即 IEnumerable 和 IEnumerator，因此这些接口的对象可以是派生的类型。

​ 泛型版本简单易用，但其结构略显复杂。

图19.5 实现 IEnumerable 接口的类的结构

19.5 迭代器

​ 可枚举类和枚举器在 .NET 集合类中被广泛使用，从 C# 2.0 版本开始提供了创建枚举器和可枚举类型更简单的方式，将这种结构称为迭代器。

​ 在下面这个示例中：

• 迭代器返回一个泛型枚举器，该枚举器返回 3 个 string 类型的项。
• yield return 语句声明这是枚举中的下一项。

​ 下面的方法声明了另一个版本，输出结果与上面相同。

​ 枚举器不会一次返回所有的元素，而是每次访问 Current 属性时返回一个新值。

19.5.1 迭代器块

​ 迭代器块是有一个或多个 yield 语句的代码块，可以是如下任意一种代码块：

• 方法主体。
• 访问器主体。
• 运算符主体。

​ 迭代器块描述了希望编译器为我们创建的枚举器类的行为，其中的代码描述了如何枚举元素。

1. yield return：指定序列中要返回的下一项。
2. yield break：指定在序列中没有其他项。

​ 编译器得到有关枚举项的描述后，会构建包含所有需要的方法（MoveNext）和属性（Current）实现的枚举器类，产生的类被嵌套包含在声明迭代器的类中。

图19.6 根据指定的返回类型，可以让迭代器产生枚举器或可枚举类型

19.5.2 使用迭代器来创建枚举器

• 图中左边演示了返回类型是 IEnumerator。
• 图中右边演示了它有一个嵌套类实现了 IEnumerator。

图19.7 迭代器块产生了枚举器

19.5.3 使用迭代器来创建可枚举类型

​ 本节例子使用迭代器来创建可枚举类型，而不是枚举器。

• BlackAndWhite 迭代器方法返回 IEnumerable 而不是 IEnumerator。
• MyClass 首先调用 BlackAndWhite 方法获取可枚举类型对象，然后调用该对象的 GetEnumerator 方法来获取结果，从而实现 GetEnumerator 方法。

• 图中左边演示了返回类型是 IEnumerable。
• 图中右边演示了它有一个嵌套类实现了 IEnumerator 和 IEnumerable。

图19.8 编译器生成的类是可枚举类型并返回一个枚举器。编译器还生成了方法 BlackAndWhite，返回可枚举对象

19.6 常见迭代器模式

1. 实现返回枚举器的迭代器。

   通过实现 GetEnumerator 方法让类可枚举，它返回由迭代器返回的枚举器。

2. 实现返回可枚举类型的迭代器。

   实现 GetEnumerator 来让类本身可枚举；或不实现，来让类不可枚举。

图19.9 常见的迭代器模式

19.7 产生多个可枚举类型

​ Spectrum 类有两个可枚举类型的迭代器，但类本身不可枚举，因为没有实现 GetEnumerator 方法。

19.8 将迭代器作为属性

​ 本示例演示两个方面的内容：

1. 使用迭代器产生两个枚举器的类。
2. 演示迭代器如何实现为属性，而不是方法。

​ 这段代码声明了两个属性来定义两个不同的枚举器。GetEnumerator 方法根据 _listFromUVtoIR 布尔变量的值返回两个枚举器中的一个。如果 _listFromUVtoIR 为 true，则返回 UVtoIR 枚举器；否则，返回 IRtoUV 枚举器。

19.9 迭代器的实质

​ 有关迭代器的其他重要事项：

• 迭代器需要 System.Collections.Generic 命名空间，因此需要使用 using 指令进行引入。
• 在编译器生成的枚举器中，不支持 Reset 方法。Reset 是接口需要的方法，所以实现了它，但调用时总是抛出 System.NotSupportedException 异常。

​ 在后台，编译器生成的枚举器类总是包含 4 个状态的状态机。

1. Before：首次调用 MoveNext 的初始状态。
2. Running：调用 MoveNext 后进入这个状态。
   • 枚举器检测并设置下一项的位置。
   • 遇到 yield return、 yield break 或在迭代器中结束时，退出 Running 状态。
3. Suspended：状态机等待下次调用 MoveNext 的状态。
4. After：没有更多项可以枚举的状态。

图19.10 迭代器状态机