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C# 迭代器模式实现方法 C#如何自定义集合的遍历行为

畫卷琴夢

畫卷琴夢

发布时间:2026-02-16 10:28:03

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来源于php中文网

原创

getenumerator() 必须返回 ienumerator 或 ienumerable,因为 foreach 编译时依赖其公开的 movenext()、current 和可选 reset() 成员契约;编译器不检查继承关系,只验证成员存在性。

c# 迭代器模式实现方法 c#如何自定义集合的遍历行为

为什么 GetEnumerator() 返回的必须是 IEnumeratorIEnumerable

因为 C# 的 foreach 语句在编译期会查找类型是否公开实现了 GetEnumerator() 方法,且该方法返回类型需满足“有 MoveNext()CurrentReset()(可选)”这一契约。编译器不关心你是否真继承自 IEnumerator,但必须能静态解析出这些成员——所以直接返回匿名类型或普通类会失败。

常见错误现象:foreach 报错 “foreach statement cannot operate on variables of type ‘X’ because ‘X’ does not contain a public instance definition for ‘GetEnumerator’”。

  • 最稳妥做法:让集合类实现 IEnumerable<t></t>,并返回一个实现 IEnumerator<t></t> 的类型(可以是内部类、本地函数 yield return,或结构体)
  • 若只实现非泛型 IEnumerable,则 Currentobject,会触发装箱,性能差且无类型安全
  • .NET 6+ 支持 ref struct 迭代器(如 Span<t>.GetEnumerator()</t>),但不能跨方法返回,只能用于栈上遍历场景

yield return 和手动写 IEnumerator 类,选哪个?

yield return 是编译器帮你生成状态机类,代码简洁、不易出错;手动实现则完全可控,适合需要复用状态、提前终止、或嵌套遍历逻辑的场景。

使用场景举例:你要实现一个树结构的“按层遍历”迭代器,每次 MoveNext() 都要维护队列,这时手写类更清晰;但若只是对数组做筛选后遍历,yield return 一行 if (x.IsValid) yield return x; 就够了。

  • yield return 生成的类是 IEnumerator<t></t>,但无法被继承或扩展,调试时看到的是编译器生成的 <mymethod>d__5</mymethod> 类名
  • 手动实现时,别忘了在 Dispose() 中释放资源(比如打开的文件流、数据库连接),而 yield 生成的迭代器默认只支持空 Dispose()
  • 性能上,yield 有少量状态机开销(字段读写 + 分支跳转),但对绝大多数业务逻辑可忽略;手动实现可零分配(用 struct 实现 IEnumerator<t></t>),但要注意不能捕获局部引用类型变量

如何让自定义集合支持 foreach 同时还支持 LINQ 查询?

关键不是“额外加什么”,而是别破坏已有契约:只要你的集合实现了 IEnumerable<t></t>,所有标准 LINQ 扩展方法(WhereSelectOrderBy 等)就自动可用——因为它们参数类型就是 IEnumerable<t></t>

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容易踩的坑:

  • 别在 GetEnumerator() 里每次都新建一个集合副本(比如 return list.ToList().GetEnumerator()),这会导致每次 foreach 都复制数据,内存和性能双崩
  • 如果集合本身是只读或线程敏感的,应在迭代器中做快照(如用 ToArray())或加锁,否则可能抛出 InvalidOperationException:“Collection was modified”
  • 想支持 Count 属性或 ElementAt 等随机访问操作?那就得额外实现 ICollection<t></t> 或提供自己的索引器,LINQ 不会自动优化这些

结构体迭代器(struct 实现 IEnumerator<t></t>)有什么限制?

结构体迭代器能避免堆分配,提升高频遍历场景的性能,但它要求所有状态都存于值类型字段中,且不能引用外部局部变量(即不能闭包)。

典型错误:在结构体迭代器里捕获方法参数或局部变量,编译器会报错 “variable is referenced from scope but not defined in scope”。

  • 必须把所有依赖的数据(如源集合引用、当前索引、临时缓冲区)作为 struct 字段显式声明
  • 结构体迭代器不能实现 IDisposable(C# 规定 struct 不能实现该接口),所以无法用 using 语法确保清理;如有资源需释放,只能靠调用方显式调用 Dispose()(但没人会这么干)
  • 它天然不支持 yield return —— 因为 yield 必须生成类,而结构体无法被编译器重写为状态机

真正需要结构体迭代器的场景极少,除非你在写高性能基础库(如 Memory<t></t> 或游戏引擎容器),否则优先用 yield return 或类实现。

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