(九)枚举器和迭代器(1)

一、枚举器和可枚举类型

复习完了数组之后,由于数组遍历的这个行为,跟枚举器有很大的相关性,所以接下来继续要学习与枚举器相关的内容。

1、使用 foreach 语句

  int[] arr1 = { 10, 11, 12, 13 };

            foreach (int item in arr1)//枚举元素
                Console.WriteLine($"Item value:{ item }");

问:为什么 foreach 语句能够遍历数组(或集合)中的元素?

答:

  • 1)使用 foreach 语句可以遍历数组中的元素,是因为 foreach 语句中使用了一个枚举器对象。
  • 2)枚举器通过获知数组中当前项的次序并跟踪(记录)它在序列中的位置。(枚举器中有 current 值来保存数组被访问到的当前项)

枚举器与可枚举类型的关系:

可枚举类型: 可以支持被遍历访问的类型,比如数组、集合或字符串等
枚举器: 在执行 foreach 语句中,可以通过调用可枚举类型对象(即可枚举类型对象)的 GetEnumertator 方法来获取枚举器。

关系: 可以通过枚举器来对可枚举类型中的元素进行遍历访问。

这些概念说起来可能有点绕,以下就举些例子来理解一下。

假如我要声明定义一个数组,并遍历其元素:

       //一维数组
            int[] arr = { 10, 11, 12, 13 };
         
            foreach(var item in arr)
            {
                Console.Write($"{item }  ");
            }

输出结果:

10 11 12 13

咱们先不理 foreach 语句这个代码块,要直接获取 GetEnumertator 方法来实现数组遍历,把代码改为:

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 //一维数组
            int[] arr = { 10, 11, 12, 13 };

            //获取枚举器
            var arrEnumerator = arr.GetEnumerator();

            // arr 在没访问之前,枚举器里并没有记录 arr 的任何元素位置。
            arrEnumerator.MoveNext();//枚举器开始检索第1个元素次序(位置)
            Console.Write($"{arrEnumerator.Current }  ");

            arrEnumerator.MoveNext();//枚举器检索第2个元素次序(位置)
            Console.Write($"{arrEnumerator.Current }  ");

            arrEnumerator.MoveNext();//枚举器检索第3个元素次序(位置)
            Console.Write($"{arrEnumerator.Current }  ");

            arrEnumerator.MoveNext();//枚举器最后检索第4个元素次序(位置)
            Console.Write($"{arrEnumerator.Current }  ");

输出结果与 foreach 语句遍历的结果一样:

10 11 12 13

也就是说,执行 foreach 语句遍历的行为,实际上是通过获取枚举器,然后枚举器对可枚举类型进行反复操作处理的行为。

再回到上一个例子中的 foreach 语句来分析以下:

   int[] arr = { 10, 11, 12, 13 };
   
     //1、遍历之前,通过 arr 里的 GetEnumertator 方法获取枚举器
     //2、通过枚举器来移动访问元素的位置,并把元素值和位置都存在枚举器对象里。
     //3、每遍历一次,就重复第2个步骤,直到最后遍历结束
     //4、释放枚举器对象
     //跳出 foreach 语句
     
            foreach(var item in arr)//枚举元素,枚举的元素也称为迭代变量
            {
                Console.Write($"{item }  ");
            }

//arr:为可枚举类型
//item:为枚举的元素,迭代变量

因此,foreach 实际上相当于对可枚举类型给和枚举器具体操作的行为进行“封装”了起来,当然 foreach 语句中还使用到了迭代器。(下一篇文章会讲到迭代器)

2、获取枚举器以及其类型:

   class  MyClass
    {
        public string name = "";
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //字符串
            string str = "123";

            //一维数组
            int[] arr = { 10, 11, 12, 13 };
            string[] strArr = { "123", "123" };
            MyClass[] myClassArr = { new MyClass(), new MyClass(), new MyClass(), new MyClass() };
            //矩阵数组
            string[,] strMatrixArr = { { "123", "123" }, { "456", "456" } };

            //交错数组
            string[][] strJaggedArr = new string[2][];
            strJaggedArr[0] = new string[] {  "1" ,   "1"  };
            strJaggedArr[1] = new string[] { "2", "2" };

            //集合
            List<int> IntList = new List<int>();
            IntList.Add(1);
            IntList.Add(2);
            IntList.Add(3);
            IntList.Add(4);
            IntList.Add(10);

            //字符串,获取 CharEnumerator 类
            var strEnumerator = str.GetEnumerator();

            //一维数组,获取 IEnumerator 接口
           var arrEnumerator = arr.GetEnumerator();
            var strArrEnumerator = strArr.GetEnumerator();
            var myClassArrEnumerator = myClassArr.GetEnumerator();

            //矩阵数组,获取 IEnumerator 接口
            var strMatrixArrEnumerator = strMatrixArr.GetEnumerator();

            //交错数组,获取 IEnumerator 接口
            var strJaggedArrEnumerator = strJaggedArr.GetEnumerator();

            //关于 IEnumerator 接口被谁继承:
            //通过 GetType 方法获取到名称为:SZArrayEnumerator 类
            var allArrEnumerator = arrEnumerator.GetType();
            
            //集合,获取 Enumerator 结构
            var IntListEnumerator = IntList.GetEnumerator();

            Console.ReadKey();
        }
    }

从上面例子中,我们可以获取到枚举器有类、结构和接口的类型,分别是 CharEnumerator 类、IEnumerator 接口 和 Enumerator 结构。

由例子可知:

  • 字符串为可枚举类型时,获取到的枚举器类型为与字符相关的类
  • 一维数组、矩阵数组 和 交错数组,即数组类型为可枚举类型时,获取到的枚举器类型为IEnumerator接口被继承的 Arraay 集合枚举器类型:SZArrayEnumerator 类
  • 集合为枚举类型时,获取到的枚举器类型为结构

目前调试的代码有三种枚举器类型,由于我不是很了解枚举器,所以不清楚除了这三种类型外,还有哪些其他类型。

以下分析一下这三种枚举器类型的区别:

        //(一)CharEnumerator 类
        //在源码中声明:
        public sealed class CharEnumerator : ICloneable, IEnumerator<char>, IEnumerator, IDisposable {...}
        //主要的公有成员:Current、MoveNext()、Reset()
        //主要的私有成员:currentElement、index、str

        //(二)IEnumerator 接口
        //在源码中声明:
        public interface IEnumerator {...}
        //SZArrayEnumerator 成员:
        //主要的公有成员(实现接口的公有成员):Current、MoveNext()、Reset()
        //主要的私有成员:_array、_endIndex、_index

        //(三)Enumerator 结构
        //在源码中声明:
        public struct Enumerator : IEnumerator<T>, IDisposable, IEnumerator { ...}
        //主要的公有成员:Current、MoveNext()
        //主要的私有成员:current、index、list、version
        

分析这三种枚举器类型的内容:

  • 枚举器都有 Current 和 MoveNext() 这两个公有成员,主要用来对数组或集合中改变下一个指向其某枚举对象(元素)的次序和位置,并重新获取 当前元素的值。(Current值)

  • 数组或集合初始化后,需要通过枚举器调用一次MoveNext(),才能访问到第一个元素。因为初始化后,枚举数默认为第一个元素之前的一个位置。

  • 集合没有 Reset(),意味着集合不能初始化设置枚举数,不能回到第一个元素之前的一个位置。(可能是因为集合初始化后,还可以动态增加、插入、删除、清空元素的功能,并不像数组那样初始化后是固定了内容长度。所以,能支持调用 Reset() 必须有一个条件:可枚举类型对象的长度在初始化后,必须是固定的。)

  • Current 只有 get 访问器,没法修改 Current 的值。所以在 foreach 语句中使用到枚举器,就以为在 foreach 遍历过程中不能修改其元素的值。(for 可以修改,是因为 for 并没有枚举器)

分析枚举器的私有成员:

//CharEnumerator 类 私有成员:
currentElement:当前项,即 存储的是 char 类型的值
index:当前次序(位置)
str:可枚举类型,字符串内容

//IEnumerator 接口 私有成员:
_array :可枚举类型,数组的所有元素
_endIndex,即最后元素的下一个次序(位置)
_index:当前元素的次序(位置)

// Enumerator 结构 私有成员:
current:当前项
index:当前次序(位置)
list:可枚举类型,集合的所有元素
version:不太清楚,但是调试代码后发现,其值等于集合所包含元素的总数

从以上的分析可知:

  • 枚举器里的核心成员: Current、MoveNext()、Reset()、endIndex
    • Current: 当前项
    • MoveNext(): 执行可枚举类型对象中的下一个元素的次序(位置)
    • Reset(): 初始化设置枚举数,即第一个元素的上一个位置。
    • endIndex: 对固定长度的可枚举类型对象有用,最后一个元素的下一个位置。

二、图-枚举器和可枚举类型概览:

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