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C#中容易被忽視的foreach

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admin

2023年5月18日 15:19 本文熱度 704

有句俗語(yǔ)：百姓日用而不知。我們c#程序員很喜歡，也非常習(xí)慣地用foreach。今天呢，我就帶大家一起探索foreach，走，開(kāi)始我們的旅程。

一、for語(yǔ)句用地好好的，為什么要提供一個(gè)foreach?

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

首先，for循環(huán)，需要知道循環(huán)的次數(shù)，foreach不需要。其次，for循環(huán)在遍歷對(duì)象的時(shí)候，略顯麻煩，還需要通過(guò)下標(biāo)索引找到當(dāng)前對(duì)象，foreach不需要這么麻煩，顯得更優(yōu)雅。最后，for循環(huán)需要知道集合的細(xì)節(jié)，foreach不需要知道。

這一切的好處，得益于微軟的封裝，那我們看看foreach生成的IL代碼：

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

怎樣的對(duì)象才能使用foreach呢？從微軟的文檔上看，實(shí)現(xiàn)了IEnumerable接口的對(duì)象，可以使用foreach，此接口只定義了一個(gè)方法：public System.Collections.IEnumerator GetEnumerator (); 有意思的是，它返回了一個(gè)IEnumerator接口，再看看這個(gè)接口：

有一個(gè)屬性：Current兩個(gè)方法MoveNext()、Reset()，現(xiàn)在我們回過(guò)頭來(lái)看看生成的IL代碼，真相大白。foreach只不過(guò)是個(gè)好吃的語(yǔ)法糖而已，編譯器幫我們做好了一切。和直接寫(xiě)foreach類似的用法還有一個(gè)，就是對(duì)象的Foreach方法：

list.ForEach(n => { //to do sth });

那問(wèn)題就來(lái)了，都是foreach，我該用哪個(gè)？

忍不住看看微軟的源碼：

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

其實(shí)，就是定義了一個(gè)委托，我們把想要做的事情定義好，它來(lái)執(zhí)行。這和直接使用foreach有何區(qū)別？我又忍不住好奇心，寫(xiě)了一段代碼，比較了for和foreach的性能，先上結(jié)果：

說(shuō)明下，最后一個(gè)是對(duì)象調(diào)用Foreach方法。數(shù)據(jù)反映的是隨著數(shù)據(jù)規(guī)模下降，看運(yùn)行時(shí)間有什么變化。從1億次循環(huán)到1萬(wàn)次循環(huán)，耗時(shí)從幾百毫秒到1毫秒以內(nèi)。從圖上，明顯能看出性能差異，是從千萬(wàn)級(jí)別開(kāi)始，for的性能最好，其次是對(duì)象的Foreach方法，最后是foreach。

for和foreach的性能差異，我們尚且能理解，但是對(duì)象的Foreach和直接foreach差異從何而來(lái)？我冥思苦想，百思不得其解。我試圖從內(nèi)存分配和垃圾回收的機(jī)制方向去理解，但是沒(méi)有突破。我想著，直接foreach耗時(shí)，是不是因?yàn)椋鄨?zhí)行了什么東西，比如說(shuō)多分配了一些變量，比如說(shuō)，內(nèi)存中這么大數(shù)據(jù)量，垃圾回收機(jī)制，不可能無(wú)動(dòng)于衷，是不是垃圾回收機(jī)制導(dǎo)致的程序變慢，進(jìn)而影響了性能。

我在循環(huán)完后，強(qiáng)行執(zhí)行了一次GC，才釋放了13.671875k，說(shuō)明循環(huán)中，執(zhí)行GC也沒(méi)有什么意義，回收不了垃圾，但是如果循環(huán)中，頻繁執(zhí)行GC，確實(shí)會(huì)導(dǎo)致程序沒(méi)法好好地運(yùn)行。垃圾回收機(jī)制，會(huì)把不再引用的對(duì)象釋放，而整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，對(duì)象都在List中，所以GC應(yīng)該不會(huì)運(yùn)行。

那親愛(ài)的程序員朋友，你覺(jué)得對(duì)象的Foreach方法和直接Foreach的性能差異，是怎么產(chǎn)生的呢，歡迎討論，我把源碼貼出來(lái)。

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(dāng)前數(shù)據(jù)規(guī)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方法里：

long[] nums = {     100000000,     10000000,     1000000,     100000,     10000, };
 foreach (int num in nums) {     for (int i = 0; i < 5; i++)     {         ForeachTest.Test(num);     } } Console.ReadLine();

最后注意一點(diǎn)的是，foreach循環(huán)里面，不能隨便添加或者刪除元素，如果允許的話，程序?qū)⒑茈y控制，而且非常容易出錯(cuò)，所以微軟不允許這么干。

該文章在 2023/5/18 15:19:27 編輯過(guò)

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