关键词：迭代模式、foreach、迭代器、IEnumerable、IEnumerator、泛型
导言：这两天看迭代模式，一边学习，一边联系到.NET Framework的有关设计，小有收获，写下此文以供日后查看。这个关联学习的过程包括以下几个阶段：
学习迭代模式
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想到了对应.NET中的foreach
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在深入了解foreach的时候碰到了泛型
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然后回归到.NET集合内的迭代，认识了到了“迭代器”的说法
一、 迭代模式
定义：提供一种方法顺序访问一个聚合对象中的各个元素，而又不暴露其中内部的表示。
关于迭代模式的正统解释和示例说明，不想多说，参考《HeadFirst》或《设计模式》。谈谈个人的理解：
首先，迭代模式出现在对集合遍历的需求上。
集合（C）有很多形式：数组、ArrayList、HashTable等等，如果要对这些集合的实例变量做遍历，大的方式和流程是一致的，但是具体实现代码不尽相同；
为了尽量减少代码数量和尽可能的实现逻辑抽象，就有人想出了Iterator（迭代接口），让这些集合都实现这个接口，以方便对接口的统一调用；
但是如此就违反了OO设计的“职责单一”原则，所以需要另外设置一个类（E）来实现Iterator接口，当然这个接口需要以集合为参数。
获取某个集合的迭代接口对象，可以放在E内实现，也可以放在C内实现。从用户角度考虑，面向用户的信息量要尽量精简、屏蔽实现细节，所以最好放在C内，这也不怎么违背集合C的职责单一性。
二、 Foreach
迭代模式不就是实现集合遍历嘛，这让我想到了.NET2.0新增的语法foreach，foreach就是用来对集合实现遍历的，所以我猜想能被foreach的集合可定实现了迭代，所以我马上参看了《C#语言规范》关于foreach的说明：
5.3.3.16 foreach 语句（因为没有参看上下文，没太看懂，抽时间再看）
8.8.4 foreach 语句（看懂了，说两句）
《C#语言规范》的相关全文不做全部转载，自行参考。我关心的有几句话：
首先是foreach的使用限制：在 foreach 语句执行期间，迭代变量表示当前正在为其执行迭代的集合元素。如果嵌入语句试图修改迭代变量（通过赋值或 ++ 和 -- 运算符）或将迭代变量作为 ref 或 out 参数传递，则将发生编译时错误。
为什么会这样呢？这是我的一个疑问，我后边会解释。
其次，《C#语言规范》明确说明了什么叫集合：如果类型 C 实现了 System.Collections.IEnumerable 接口，或者能够满足下列（有关实现集合模式的）条件，就称它是集合类型：
- C 包含一个 public 实例方法，它带有签名 GetEnumerator()，且返回值属于结构类型、类类型或接口类型（后文中用 E 表示该返回值的类型）。
- E 包含一个 public 实例方法，此方法具有签名 MoveNext() 和返回类型 bool。
- E 包含一个名为 Current 的 public 实例属性，此属性允许读取当前值。此属性的类型称为该集合类型的元素类型。
我为什么会留意这一点呢，因为规范上说：foreach 语句的表达式的类型必须是集合类型。
老实说，之前我对foreach的实现原理总有种神秘感，现在了解了其原理之后，手痒痒的厉害，就试着做了个测试：自己定义一个集合，但不实现IEnumerable接口，代码如下：
using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
namespace 迭代
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
MyIEnumerator mi = new MyIEnumerator();
foreach (int i in mi)
{
Console.WriteLine(i);
}
Console.Read();
}
}
class MyIEnumerator //: IEnumerator
{
int i;
public MyIEnumerator GetEnumerator()
{
return this;
}
public MyIEnumerator()
{
i = -1;
}
public object Current
{
get { return i; }
}
public bool MoveNext()
{
if (i < 3)
{
i++;
return true;
}
else
{
return false;
}
}
//public void Reset()
//{
// i = -1;
//}
}
}
这段程序测试通过，兴奋！不过兴奋归兴奋，以后实际使用还是继承IEnumerable来的规范一点。
最后，《规范》给出了foreach的背后扩展形式
E enumerator = (collection).GetEnumerator();
try {
while (enumerator.MoveNext()) {
ElementType element = (ElementType)enumerator.Current;
statement;
}
}
finally {
IDisposable disposable = enumerator as System.IDisposable;
if (disposable != null) disposable.Dispose();
}
并说，enumerator 变量是一个临时变量，它在嵌入 statement 中既是不可访问的，也是不可见的，元素变量在嵌入 statement 中是只读的。
这倒解释了，前边使用了foreach的限制，那enumerator为什么又是个临时变量呢？这又是个疑问留在后边解释。
三、 泛型
可爱的泛型，自从我了解到什么是泛型之后，我就有一种说不的快乐，哈哈，原来泛型这么好使，这里我不打算详细说我对泛型的理解，我对它的喜爱足以让我另立专题，这里我只想说说，我怎么从foreach找到了泛型。
我们一般新建一个cs文件（类文件）时，VS2005默认就给出了三个引用项
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
我在认识IEnumerator接口的时候，尝试写这么一句话
IEnumerator E = list. GetEnumerator(),却发现编辑环境居然不自动提示IEnumerator这个单词，而且我写出来也不变色（是类或接口就应该变成绿色嘛），奇怪了（IEnumerator是声明在System.Collections命名空间内的，我忘了引用，要是出来才奇怪！）
，却出来了个IEnumerator<T>的提示，泛型？不了解，决定翻翻书……
关于泛型，我还想说的是，三个默认的引用文件就有其一个System.Collections.Generic，说明其何等的重要。
另外一句话，是刚刚看设计模式得到的“使用泛型来确保foreach的类型安全”，深感认同。（不过，原话不是这么说了，原话是说的java的for/in语法，我自己翻译了一下）
四、.NET中的迭代器
好了，再回到迭代模式。.NET Framework 已经将迭代模式做进了框架内所有定义的集合类型内，MSDN中称这个所有集合都能返回的接口IEnumerator为迭代器（和java的Iterator对应）。从单一职责的角度考虑，GetEnumerator()方法所返回的接口实例，应该是实现集合遍历的另外一个类，这个类呢？我通过Reflector查看源码没有看到，上网查了查，原来微软将迭代器做进了编译器，真绝！不仅如此，为了方便用户实现自己的迭代器，微软还为迭代器的快捷生成设置了 yield return 这样的语法，如下例。关于yield是什么，请自行参看MSDN帮助，我的白话理解是：能够允许连续返回多个值，而且返回的这多个值就构成了一个可以遍历的迭代器，这是编译器自己干的。
public class Persons : IEnumerable
{
string[] m_Names;
public Persons(params string[] Names)
{
m_Names = new string[Names.Length];
Names.CopyTo(m_Names,0);
}
public IEnumerator GetEnumerator()
{
foreach (string s in m_Names)
{
yield return s;
}
}
}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Persons arrPersons = new Persons("Michel","Christine","Mathieu","Julien");
foreach (string s in arrPersons)
{
Console.WriteLine(s);
}
Console.ReadLine();
}
}
最后，顺便解释一下，foreach的约束问题（还记得吗？）。正因为迭代器是编译器默认生成的，而且是用户不可见的，而且是临时的，所以尝试对它的修改和引用注定是不被允许的，当然了，遍历看一看，读取一下总是可以的。
学习参考
.NET设计模式（18）：迭代器模式（Iterator Pattern）
http://www.cnblogs.com/Terrylee/archive/2006/09/16/iterator_pattern.html
http://montaque.cnblogs.com/archive/2005/04/21/142844.html
http://blog.csdn.net/kangfucat/archive/2007/08/21/1752239.aspx
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