数组、集合的接口和枚举介绍

5.5
数组和集合接口

Array类实现了IEumerable、ICollection和IList接口，以访问和枚举数组中的元素。由于用定制数组创建的类派生于Array抽象类，所以能使用通过数组变量执行的接口中的方法和属性。

5.5.1 IEumerable接口

IEumerable是由foreach语句用于迭代数组的接口。这是一个非常特殊的特性，在下一节中讨论。

5.5.2 ICollection接口

ICollection接口派生于IEumerable接口，并添加了如表5-2所示的属性和方法。这个接口主要用于确定集合中的元素个数，或用于同步。
表 5-2

ICollection接口的属性和方法	说 明
Count	Count属性可确定集合中的元素个数，它返回的值与Length属性相同
IsSynchronized SyncRoot	IsSynchronized属性确定集合是否是线程安全的。对于数组，这个属性总是返回false。对于同步访问，SyncRoot属性可以用于线程安全的访问。第19章介绍了线程和同步，探讨了如何用集合实现线程安全性
CopyTo()	利用CopyTo()方法可以将数组的元素复制到现有的数组中。它类似于静态方法Array.Copy()

5.5.3 IList接口

IList接口派生于ICollection接口，并添加了下面的属性和方法。Array类实现IList接口的主要原因是，IList接口定义了Item属性，以使用索引器访问元素。IList接口的许多其他成员是通过Array类抛出NotSupportedException异常实现的，因为这些不应用于数组。IList接口的所有属性和方法如表5-3所示。
表 5-3

IList 接 口	说 明
Add()	Add()方法用于在集合中添加元素。对于数组，该方法会抛出NotSupportedException异常
Clear()	Clear()方法可清除数组中的所有元素。值类型设置为0，引用类型设置为null
Contains()	Contains()方法可以确定某个元素是否在数组中。其返回值是true或false。这个方法会对数组中的所有元素进行线性搜索，直到找到所需元素为止
IndexOf()	IndexOf()方法与Contains()方法类似，也是对数组中的所有元素进行线性搜索。不同的是，IndexOf()方法会返回所找到的第一个元素的索引
Insert() Remove() RemoveAt()	对于集合，Insert()方法用于插入元素，Remove()和RemoveAt()可删除元素。对于数组，这些方法都抛出NotSupportedException异常
IsFixedSize	数组的大小总是固定的，所以这个属性总是返回true
IsReadOnly	数组总是可以读/写的，所以这个属性返回false。第10章将介绍如何从数组中创建只读属性
Item	Item属性可以用整型索引访问数组

5.6
枚举

在foreach语句中使用枚举，可以迭代集合中的元素，且无需知道集合中的元素个数。图5-7显示了调用foreach方法的客户机和集合之间的关系。数组或集合执行带GetEumerator()方法的IEumerable接口。GetEumerator()方法返回一个执行IEumerable接口的枚举。接着，foreach语句就可以使用IEumerable接口迭代集合了。

图 5-7

提示：
GetEnumerator()方法用IEnumerable接口定义。foreach语句并不真的需要在集合类中执行这个接口。有一个名为GetEnumerator()的方法，返回实现了IEnumerator接口的对象就足够了。

5.6.1 IEnumerator接口

foreach语句使用IEnumerator接口的方法和属性，迭代集合中的所有元素。这个接口中的属性和方法如表5-4所示。
表 5-4

IEnumerator接口的方法和属性	说 明
MoveNext()	MoveNext()方法移动到集合的下一个元素上，如果有这个元素，该方法就返回true。如果集合不再有更多的元素，该方法就返回false
Current	属性Current返回光标所在的元素
Reset()	Reset()方法将光标重新定位于集合的开头。许多枚举会抛出NotSupportedException异常

5.6.2 foreach语句

C#的foreach语句不会解析为IL代码中的foreach语句。C#编译器会把foreach语句转换为IEnumerable接口的方法和属性。下面是一个简单的foreach语句，它迭代persons数组中的所有元素，并逐个显示它们：

foreach (Person p in persons) { Console.WriteLine(p); }

foreach语句会解析为下面的代码段。首先，调用GetEnumerator()方法，获得数组的一个枚举。在while循环中-- 只要MoveNext()返回true-- 用Current属性访问数组中的元素：

IEnumerator enumerator = persons. GetEnumerator(); while (enumerator.MoveNext()) { Person p = (Person) enumerator.Current; Console.WriteLine(p); }

5.6.3 yield语句

C# 1.0使用foreach语句可以轻松地迭代集合。在C# 1.0中，创建枚举器仍需要做大量的工作。C# 2.0添加了yield语句，以便于创建枚举器。
yield return语句返回集合的一个元素，并移动到下一个元素上。yield break可停止迭代。
下面的例子是用yield
return语句实现一个简单集合的代码。类HelloCollection包含GetEnumerator()方法。该方法的实现代码包含两个yield return语句，它们分别返回字符串Hello和World。

using System; using System.Collection; namespace Wrox.ProCSharp.Arrays { public class HelloCollection { public IEumerator GetEumerator() { yield return "Hello"; yield return "World"; } } }

警告：
包含yield语句的方法或属性也称为迭代块。迭代块必须声明为返回IEnumerator或IEnumerable接口。这个块可以包含多个yield return语句或yield break语句，但不能包含return语句。
现在可以用foreach语句迭代集合了：

public class Program { HelloCollection helloCollection = new HelloCollection(); foreach (string s in helloCollection) { Console.WriteLine(s); } } }

使用迭代块，编译器会生成一个yield
类型，其中包含一个状态机，如下面的代码所示。yield 类型执行IEnumerator和IDisposable接口的属性和方法。在下面的例子中，可以把yield 类型看作内部类Enumerator。外部类的GetEnumerator()方法实例化并返回一个新的yield 类型。在yield 类型中，变量state定义了迭代的当前位置，每次调用MoveNext()时，当前位置都会改变。MoveNext()封装了迭代块的代码，设置了current变量的值，使Current属性根据位置返回一个对象。

public class HelloCollection { public IEnumerator GetEnumerator() { Enumerator enumerator = new Enumerator(); return enumerator; } public class Enumerator : IEnumerator, IDisposable { private int state; private object current; public Enumerator(int state) { this.state = state; } bool System.Collections.IEnumerator.MoveNext() { switch (state) { case 0: current = "Hello"; state = 1; return true; case 1: current = "World"; state = 2; return true; case 2: break; } return false; } void System.Collections.IEnumerator.Reset() { throw new NotSupportedException(); } object System.Collections.IEnumerator.Current { get { return current; } } void IDisposable.Dispose() { } } }

现在使用yield
return语句，很容易实现允许以不同方式迭代集合的类。类MusicTitles可以用

默认方式通过GetEnumerator()方法迭代标题，用Reverse()方法逆序迭代标题，用Subset()方法搜索子集：

public class MusicTitles { string[] names = { "Tubular Bells", "Hergest Ridge", "Ommadawn", "Platinum"); public IEnumerator GetEnumerator() { for (int i = 0; i < 4; i++) { yield return names[i]; } } public IEnumerable Reverse() { for (int i = 3; i >= 0; i-) { yield return names[i]; } } public IEnumerable Subset( int index, int length) { for (int i = index; i < index + length; i++) { yield return names[i]; } } }

迭代字符串数组的客户代码先使用GetEnumerator()方法，该方法不必在代码中编写，因为这是默认使用的方法。然后逆序迭代标题，最后将索引和要迭代的元素个数传送给Subset()方法，来迭代子集：

MusicTitles titles = new MusicTitles(); foreach(string title in titles) { ConsoleWriteLine(title); } ConsoleWriteLine(); ConsoleWriteLine("reverse"); foreach(string title in titles.Reverse()) { ConsoleWriteLine(title); } ConsoleWriteLine(); ConsoleWriteLine("subset"); foreach(string title in titles.Subset(2, 2)) { ConsoleWriteLine(title); }

使用yield语句还可以完成更复杂的任务，例如从yield return中返回枚举器。
在TicTacToe游戏中有9个域，玩家轮流在这些域中放置"十"字或一个圆。这些移动操作由GameMoves类模拟。方法Cross()和Circle()是创建迭代类型的迭代块。变量cross和circle在GameMoves类的构造函数中设置为Cross()和Circle()方法。这些域不设置为调用的方法，而是设置为用迭代块定义的迭代类型。在Cross()迭代块中，将移动操作的信息写到控制台上，并递增移动次数。如果移动次数大于9，就用yield break停止迭代；否则，就在每次迭代中返回yield类型cross的枚举对象。Circle()迭代块非常类似于Cross()迭代块，只是它在每次迭代中返回circle迭代类型。

public calss GameMoves { private IEnumerator cross; private IEnumerator circle; public GameMoves() { cross = Cross(); circle = Circle(); } private int move = 0; public IEnumerator Cross() { while (true) { Console.WriteLine("Cross, move {0}", move); move++; if (move > 9) yield break; yield return circle; } } public IEnumerator Circle() { while (true) { Console.WriteLine("Circle, move {0}", move); move++; if (move > 9) yield break; yield return cross; } } }

在客户程序中，可以以如下方式使用GameMoves类。将枚举器设置为由game.Cross()返回的枚举器类型，以设置第一次移动。enumerator.MoveNext调用以迭代块定义的一次迭代，返回另一个枚举器。返回的值可以用Current属性访问，并设置为enumerator变量，用于下一次循环：

GameMoves game = new GameMoves(); IEnumerator enumerator = game.Cross(); while (enumerator.MoveNext()) { enumerator = (IEnumerator) enumerator.Current; }

这个程序的输出会显示交替移动的情况，直到最后一次移动：

Cross, move 0 Circle, move 1 Cross, move 2 Circle, move 3 Cross, move 4 Circle, move 5 Cross, move 6 Circle, move 7 Cross, move 8