C#基础之IEnumerable

1.IEnumerable的作用

　　在使用Linq查询数据时经常以IEnumerable<T>来作为数据查询返回对象，在使用foreach进行遍历时需要该对象实现IEnumerable接口，这2个功能让我对IEnumerable充满了无穷的好奇。然而在VS中查看IEnumerable的定义时发现它只定义了一个GetEnumerator()方法，关于IEnumerator我知道它依靠MoveNext和Current来达到Foreach的遍历，但是具体是如何将数据进行迭代的，完整的流程是怎样的？这些疑虑我觉得只有亲自实现一次自定义集合foreach才能够解决。为此我需要定义一个集合FruitShop类，它是一个关于Fruit对象的集合，代码如下所示。整个流程是第一次遇到foreach里的fruitShop对象时就会去执行FruitShop中的GetEnumerator方法，接着每次执行in关键字就会去执行MoveNext方法，每次取数据则是调用Current属性。

　　写完代码之后突然就觉得其实没什么了，不过在查找资料当中发现IEnumerable接口并不是我们看到的只有一个方法，它还有4个扩展方法。其中Cast<T>()和OfType<T>()这2个方法非常实用，代码如下所示。有时候对于非泛型集合比如ArrayList，它只实现了IEnumerable接口而没有实现IEnumerable<T>接口，因此无法使用标准查询运算。但是标准查询运算如此的方便，.NET肯定不会允许这样的不完美发生，于是为IEnumerable提供了2个扩展方法。只要实现了IEnumerable接口的集合就可以使用这2个方法来进行强制转换。而OfType<T>比Cast<T>更加强大，它除了进行强制转换外还可以实现类型的过滤。从结果中可以看到第一个foreach遇到int类型后由于无法转换而报出InvalidCastException异常，而使用OfType<T>进行转换时则会自动进行类型筛选，遇到int类型的数据将不会转换，所以进行转换时OfType<T>是首选。

 public class Fruit
    {
        public string fruitName;
        public string fruitPrice;
        public Fruit(string fruitName, string fruitPrice)
        {
            this.fruitName = fruitName;
            this.fruitPrice = fruitPrice;
        }
    }

 class FruitShop:IEnumerable
    {
        Fruit[] fruits=new Fruit[];
        int current = ;
        public void Add(Fruit fruit)
        {
            fruits[current] = fruit;
            current++;
        }

        public IEnumerator GetEnumerator()
        {
            return new FruitEnumerator(fruits);
        }
    }

    public class FruitEnumerator:IEnumerator
    {
        Fruit[] fruits;
        int current = -;
        public FruitEnumerator(Fruit[] fruits)
        {
            this.fruits = fruits;
        }

        //这里需要做一个判断，因为有可能此时current<0或超出数组长度
        public object Current
        {
            get { return CurrentFruit(); }
        }
        object CurrentFruit()
        {
            if (current <  || current > fruits.Length)
                return null;
            else
                return fruits[current];
        }

        public bool MoveNext()
        {
            current++;
            if(current<fruits.Length&&fruits[current]!=null)
                return true;
            return false;
        }

        public void Reset()
        {
            current=;
        }
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            FruitShop fruitShop = new FruitShop();
            Fruit fruitApple = new Fruit("Apple", "");
            Fruit fruitPear = new Fruit("Pear", "");
            Fruit fruitGrape = new Fruit("Grape", "");
            fruitShop.Add(fruitApple);
            fruitShop.Add(fruitPear);
            fruitShop.Add(fruitGrape);

            foreach (Fruit f in fruitShop)
            {
                Console.WriteLine(f.fruitName+": "+f.fruitPrice);
            }
        }
    }

        static void CastAndOfType()
        {
            ArrayList fruits = new ArrayList();
            fruits.Add("Apple");
            fruits.Add("Pear");
            fruits.Add();
            fruits.Add();

            //下面这句会报错，因为ArrayList没有实现IEnumerable<T>接口，故无法使用标准查询运算
            //IEnumerable<string> s=fruitShop.Select(str => str);
            //但是使用Cast<T>和OfType<T>来进行转换

            IEnumerable<string> s1 = fruits.Cast<string>();
            IEnumerable<string> s2 = fruits.OfType<string>();
            //虽然Cast<T>和OfType<T>都可以用来进行转换，但是OfType<T>比Cast<T>更加强大，
            //它可以对结果进行筛选，而Cast<T>遇到无法强制转换的则会报错

            try
            {
                foreach (string fruit in s1)
                {
                    Console.WriteLine(fruit);
                }
            }
            catch(InvalidCastException invalid)
            {
                Console.WriteLine(invalid.Message);
            }

            foreach (string fruit in s2)
            {
                Console.WriteLine(fruit);
            }
        }

 2.深入IEnumerable

　　不知道阅读此文的你是不是觉得Cast和OfType已经理解的差不多了，但是这个过程的内部是如何转换的不知道你有没有想过。我很好奇Cast<T>是如何将一个IEnumerable转为IEnumerable<T>的，而且这个IEnumerable<T>对象竟然还可以存储集合查询的数据。老方法我将将exe文件放入Reflector中，发现在IL里也是调用了这2个方法，于是我去看了这2个方法的源码，代码如下面第一段代码所示。从源码中可以看到调用Cast<T>与OfType<T>其实最本质也就一句代码 : IEnumerable<string> s3 = fruits as IEnumerable<string>;

　　也就是说这2个方法并没有什么神秘感仅仅只是使用了as，而OfType则在代码中还做了一个判断而已。既然这样我也可以自定义我的Cast方法了，借助上面第一段自定义实现foreach代码中的fruitShop集合对象，我使用fruitShop调用Cast<T>方法，发现也ok。我本来以为系统自带类ArrayList中可能与IEnumerable<T>有某种联系，没想到自定义的集合类也可以进行转换。于是在自定义MyCast方法中我尝试不使用Cast<T>来转换，而是直接只使用as来进行转换。然而转换后执行foreach结果立马报错，调试中发现as转换的结果为null！很奇怪转换的结果竟然是null，但一想到Cast<T>中的yield return关键字我突然懂了，关于yield请看这篇随笔yield。源码的每一句代码都是有意义的，这否定了我上面傻傻的以为只是一个as的想法。

　　下面是整个流程的总结，当调用Cast<T>或OfType<T>时首先会进行as转换得到一个typedSource字段，它一般为null，我不知道这个地方微软为什么要加这一句，什么情况下as转换的结果不为null呢？这个地方笔者还没有弄明白。在调试过程中typedSource总是为null，那么接下来将会进行source的判断，最后会进行一个按需迭代，每次真正需要的时候再去取Fruit对象。而此时正如上面第一段代码中所写的current=-1，执行foreach前s2也是为null的。所以其实之所以可以转换，正是因为集合类实现了IEnumerable接口中的GetEnumerator方法，这个方法返回了可以迭代的IEnumerator对象。并且，这也解释了为什么IEnumerable<T>也可以存储标准查询的结果集，它其实就是一个状态机，里面维护着T对象的状态迭代，也就是MoveNext方法和Current属性，真正需要用到数据的时候就去取Current属性指向的当前T对象，如果没有地方需要用到T那IEnumerable<T>对象将为null。

 public static IEnumerable<TResult> Cast<TResult>(this IEnumerable source)
        {
            IEnumerable<TResult> typedSource = source as IEnumerable<TResult>;
            if (typedSource != null) return typedSource;
            if (source == null) throw Error.ArgumentNull("source");
            return CastIterator<TResult>(source);
        }
        static IEnumerable<TResult> CastIterator<TResult>(IEnumerable source)
        {
            foreach (object obj in source) yield return (TResult)obj;
        }

        public static IEnumerable<TResult> OfType<TResult>(this IEnumerable source)
        {
            if (source == null) throw Error.ArgumentNull("source");
            return OfTypeIterator<TResult>(source);
        }
        static IEnumerable<TResult> OfTypeIterator<TResult>(IEnumerable source)
        {
            foreach (object obj in source)
            {
                if (obj is TResult) yield return (TResult)obj;
            }
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            FruitShop fruitShop = new FruitShop();
            Fruit fruitApple = new Fruit("Apple");
            Fruit fruitPear = new Fruit("Pear");
            Fruit fruitGrape = new Fruit("Grape");
            fruitShop.Add(fruitApple);
            fruitShop.Add(fruitPear);
            fruitShop.Add(fruitGrape);

            IEnumerable<Fruit> s1 = fruitShop as IEnumerable<Fruit>;
            IEnumerable<Fruit> s2 = MyCast(fruitShop);

            foreach (Fruit  str in s2)
                Console.WriteLine(str.fruitName);
        }

        static IEnumerable<Fruit>  MyCast(FruitShop fruitShop)
        {
            IEnumerable<Fruit> typedSource = fruitShop as IEnumerable<Fruit>;
            if (typedSource != null)
                return typedSource;
            //if (fruitShop == null) throw Error.ArgumentNull("source");
            return CastIterator<Fruit>(fruitShop);
        }
        static IEnumerable<TResult> CastIterator<TResult>(IEnumerable source)
        {
            foreach (object obj in source) yield return (TResult)obj;
        }

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