c#中容易被忽视的foreach

有句俗语：百姓日用而不知。我们c#程序员很喜欢，也非常习惯地用foreach。今天呢，我就带大家一起探索foreach，走，开始我们的旅程。

一、for语句用的好好的，为什么要提供一个foreach?

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

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

首先，for循环，需要知道循环的次数，foreach不需要。其次，for循环在遍历对象的时候，略显麻烦，还需要通过下标索引找到当前对象，foreach不需要这么麻烦，显得更优雅。最后，for循环需要知道集合的细节，foreach不需要知道。

这一切的好处，得益于微软的封装，那我们看看foreach生成的IL代码：

 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　

怎样的对象才能使用foreach呢？从微软的文档上看，实现了IEnumerable接口的对象，可以使用foreach，此接口只定义了一个方法：public System.Collections.IEnumerator GetEnumerator (); 有意思的是，它返回了一个IEnumerator接口，再看看这个接口：

有一个属性：Current和两个方法MoveNext()、Reset()，现在我们回过头来看看生成的IL代码，真相大白。foreach只不过是个好吃的语法糖而已，编译器帮我们做好了一切。和直接写foreach类似的用法还有一个，就是对象的Foreach方法：

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

那问题就来了，都是foreach，我该用哪个？忍不住看看微软的源码：

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

其实，就是定义了一个委托，我们把想要做的事情定义好，它来执行。这和直接使用foreach有何区别？我又忍不住好奇心，写了一段代码，比较了for和foreach的性能，先上结果：

 说明下，最后一个是对象调用Foreach方法。数据反映的是随着数据规模下降，看运行时间有什么变化。从1亿次循环到1万次循环，耗时从几百毫秒到1毫秒以内。从图上，明显能看出性能差异，是从千万级别开始，for的性能最好，其次是对象的Foreach方法，最后是foreach。

for和foreach的性能差异，我们尚且能理解，但是对象的Foreach和直接foreach差异从何而来？我冥思苦想，百思不得其解。我试图从内存分配和垃圾回收的机制方向去理解，但是没有突破。我想着，直接foreach耗时，是不是因为，它多执行了什么东西，比如说多分配了一些变量，比如说，内存中这么大数据量，垃圾回收机制，不可能无动于衷，是不是垃圾回收机制导致的程序变慢，进而影响了性能。

 我在循环完后，强行执行了一次GC，才释放了13.671875k，说明循环中，执行GC也没有什么意义，回收不了垃圾，但是如果循环中，频繁执行GC，确实会导致程序没法好好地运行。垃圾回收机制，会把不再引用的对象释放，而整个循环过程中，对象都在List中，所以GC应该不会运行。

那亲爱的程序员朋友，你觉得对象的Foreach方法和直接Foreach的性能差异，是怎么产生的呢，欢迎讨论，我把源码贴出来。

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("当前数据规模：" + 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();

最后注意一点的是，foreach循环里面，不能随便添加或者删除元素，如果允许的话，程序将很难控制，而且非常容易出错，所以微软不允许这么干。