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。

 

posted @ 2022-09-13 17:56  micDavid  阅读(2253)  评论(33编辑  收藏  举报