c#中容易被忽視的foreach

有句俗語：百姓日用而不知。我們c#程式設計師很喜歡，也非常習慣地用foreach。今天呢，我就帶大家一起探索foreach，走，開始我們的旅程。

一、for語句用的好好的，為什麼要提供一個foreach?

  for (var i = 0; i < 10; i++)
  {
     //to do sth
  }

 foreach (var n in list)
 {
     //to do sth
 }

首先，for迴圈，需要知道迴圈的次數，foreach不需要。其次，for迴圈在遍歷物件的時候，略顯麻煩，還需要通過下標索引找到當前物件，foreach不需要這麼麻煩，顯得更優雅。最後，for迴圈需要知道集合的細節，foreach不需要知道。

這一切的好處，得益於微軟的封裝，那我們看看foreach生成的IL程式碼：

 IL_00a7:  callvirt   instance valuetype [System.Collections]System.Collections.Generic.List`1/Enumerator<!0> 
                       class [System.Collections]System.Collections.Generic.List`1<int64>::GetEnumerator()
  .try
  {
    IL_00ae:  br.s       IL_00c9
    IL_00b0:  ldloca.s   V_10
    IL_00b2:  call       instance !0 valuetype [System.Collections]System.Collections.Generic.List`1/Enumerator<int64>::get_Current()
 
    IL_00cb:  call       instance bool valuetype [System.Collections]System.Collections.Generic.List`1/Enumerator<int64>::MoveNext()
    IL_00d0:  brtrue.s   IL_00b0
    IL_00d2:  leave.s    IL_00e3
  }  // end .try
  finally
  {
    IL_00d6:  constrained. valuetype [System.Collections]System.Collections.Generic.List`1/Enumerator<int64>
    IL_00dc:  callvirt   instance void [System.Runtime]System.IDisposable::Dispose()
    IL_00e1:  nop
    IL_00e2:  endfinally
  }  // end handlers

怎樣的物件才能使用foreach呢？從微軟的檔案上看，實現了IEnumerable介面的物件，可以使用foreach，此介面只定義了一個方法：public System.Collections.IEnumerator GetEnumerator (); 有意思的是，它返回了一個IEnumerator介面，再看看這個介面：

有一個屬性：Current和兩個方法MoveNext()、Reset()，現在我們回過頭來看看生成的IL程式碼，真相大白。foreach只不過是個好吃的語法糖而已，編譯器幫我們做好了一切。和直接寫foreach類似的用法還有一個，就是物件的Foreach方法：

    list.ForEach(n =>
     {
         //to do sth
     });

那問題就來了，都是foreach，我該用哪個？忍不住看看微軟的原始碼：

 internal void ForEach(Action<T> action)
 {
     foreach (T x in this)
     {
        action(x);
     }
  }

其實，就是定義了一個委託，我們把想要做的事情定義好，它來執行。這和直接使用foreach有何區別？我又忍不住好奇心，寫了一段程式碼，比較了for和foreach的效能，先上結果：

說明下，最後一個是物件呼叫Foreach方法。資料反映的是隨著資料規模下降，看執行時間有什麼變化。從1億次迴圈到1萬次迴圈，耗時從幾百毫秒到1毫秒以內。從圖上，明顯能看出效能差異，是從千萬級別開始，for的效能最好，其次是物件的Foreach方法，最後是foreach。

for和foreach的效能差異，我們尚且能理解，但是物件的Foreach和直接foreach差異從何而來？我冥思苦想，百思不得其解。我試圖從記憶體分配和垃圾回收的機制方向去理解，但是沒有突破。我想著，直接foreach耗時，是不是因為，它多執行了什麼東西，比如說多分配了一些變數，比如說，記憶體中這麼巨量資料量，垃圾回收機制，不可能無動於衷，是不是垃圾回收機制導致的程式變慢，進而影響了效能。

我在迴圈完後，強行執行了一次GC，才釋放了13.671875k，說明迴圈中，執行GC也沒有什麼意義，回收不了垃圾，但是如果迴圈中，頻繁執行GC，確實會導致程式沒法好好地執行。垃圾回收機制，會把不再參照的物件釋放，而整個迴圈過程中，物件都在List中，所以GC應該不會執行。

那親愛的程式設計師朋友，你覺得物件的Foreach方法和直接Foreach的效能差異，是怎麼產生的呢，歡迎討論，我把原始碼貼出來。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Text;

namespace MyConsole.Test
{
    public class ForeachTest
    {
        public static void Test(long num)
        {
            Console.WriteLine("當前資料規模：" + num);

            DateTime start = DateTime.Now;

            for (var i = 0; i < num; i++)
            {
                var t = (i + 1) * 100 + 1;
            }

            DateTime end = DateTime.Now;

            var costTime = end.Subtract(start).TotalMilliseconds;

            Console.WriteLine("for cost time:" + costTime + " ms");


            List<long> list = new List<long>();
            for (var i = 0; i < num; i++)
            {
                list.Add(i);
            }

            start = DateTime.Now;

            foreach (var n in list)
            {
                var t = (n + 1) * 100 + 1;
            }

            end = DateTime.Now;

            costTime = end.Subtract(start).TotalMilliseconds;

            Console.WriteLine("foreach cost time:" + costTime + " ms");


            start = DateTime.Now;

            list.ForEach(n =>
            {
                var t = (n + 1) * 100 + 1;
            });

            end = DateTime.Now;

            costTime = end.Subtract(start).TotalMilliseconds;

            Console.WriteLine("obj foreach cost time:" + costTime + " ms");

            Console.WriteLine("--------------------------------------------");
            Console.WriteLine("");
        }
    }
}

放到Main方法裡：

           long[] nums =
            {
                100000000,
                10000000,
                1000000,
                100000,
                10000,
            };

            foreach (int num in nums)
            {
                for (int i = 0; i < 5; i++)
                {
                    ForeachTest.Test(num);
                }
            }

            Console.ReadLine();

最後注意一點的是，foreach迴圈裡面，不能隨便新增或者刪除元素，如果允許的話，程式將很難控制，而且非常容易出錯，所以微軟不允許這麼幹。