Вопрос или проблема
Я не могу примирить эти два наблюдения:
- Двумерный массив (
T[,]) нельзя присвоить переменной типаIEnumerable<T> - В
foreach(var item in (T[,])array2d)компилятор знает, чтоvarэтоT.
Я думал, что foreach — это просто синтаксический сахар, который использует IEnumerable<T>.GetEnumerator() (в этом случае var является T), или IEnumerable.GetEnumerator() (в этом случае var является object).
Вот сценарий, который привел меня к этому вопросу. У меня есть метод, который принимает IEnumerable<Foo>.
int Average(IEnumerable<Foo> values)
{
// много кода
foreach (var foo in values)
{
var bar = foo.GetBar();
// много кода
}
// много кода
return result;
}
Foo[] array1d = /**/;
Average(array1d);
Затем я хотел передать двумерный массив этому методу, но он не компилируется; ошибка: CS1503 Argument 1: cannot convert from 'Foo[*,*]' to 'System.Collections.Generic.IEnumerable<Foo>'.
Foo[,] array2d = /**/;
Average(array2d);
Однако я обнаружил, что он компилируется, если я просто добавлю эту перегрузку. Когда я навожу курсор на var foo, компилятор знает, что это Foo и может найти Foo.GetBar().
void Average(Foo[,] values)
{
// много кода
foreach (var foo in values)
{
var bar = foo.GetBar();
// много кода
}
// много кода
return result;
}
К сожалению, это дублирует мой код. В качестве альтернативы я мог бы вызвать Average(array2d.Cast<Foo>());, но это добавляет еще один итератор, а я ищу производительность. Итератор, вероятно, не повлияет на производительность значительно, но мне кажется, что должен быть лучший способ.
Я думал, что foreach — это просто синтаксический сахар, который использует
IEnumerable<T>.GetEnumerator()(в этом случаеvarэтоT), илиIEnumerable.GetEnumerator()(в этом случаеvarэтоobject).
Это не так — спецификация языка имеет конкретные правила для обработки массивов, а также IEnumerable<>. В C# 1 у нас вообще не было обобщений, поэтому для работы foreach с массивами должны были быть специфические правила.
Для более подробной информации смотрите спецификацию языка — это раздел 13.9.5 в спецификации C# 7, например.
В частности:
Если тип
Xвыражения является типом массива, то существует неявное преобразование ссылки отXк интерфейсуIEnumerable(посколькуSystem.Arrayреализует этот интерфейс). Тип коллекции — это интерфейсIEnumerable, тип перечислителя — это интерфейсIEnumerator, а тип итерации — это тип элемента массиваX.
Также стоит отметить следующее:
Реализация может реализовывать данный
foreach_statementиначе; например, по причинам производительности, если поведение соответствует вышеуказанному расширению.
Если посмотреть на IL, созданный Roslyn (или старыми компиляторами MS) для цикла foreach по массиву, то GetEnumerator() вообще не вызывается – гораздо эффективнее использовать коды операций массива напрямую.
Ответ или решение
Вопрос о том, как оператор foreach может знать тип элемента двумерного массива, несмотря на то что он не реализует IEnumerable<T>, действительно интересен и часто вызывает путаницу.
Объяснение
-
Общее понимание
foreachи массивов:
С операторомforeachв C# связано несколько нюансов, о которых стоит упомянуть. Когда вы используетеforeach, компилятор не просто работает сIEnumerable<T>, а учитывает, что существует особая обработка массивов. -
Спецификация языка:
В спецификации языка C# (например, в разделе 13.9.5 спецификации C# 7) указано, что:- Если тип выражения является массивом (
X), существует неявное преобразование ссылки сXна интерфейсIEnumerable. Это означает, что сам массив, хоть и не реализуетIEnumerable<T>, фактически может быть обработан в контекстеIEnumerable, потому что все массивы в .NET унаследованы от классаSystem.Array, который реализуетIEnumerableиIEnumerable<T>.
- Если тип выражения является массивом (
-
Тип элемента:
В этом контексте компилятор извлекает информацию о типе элементов массива (Tдля массиваT[,]). В этом случае, когда вы используетеforeach, компилятор знает, чтоvarбудет соответствовать типу элемента двумерного массива (Fooв вашем примере). -
Решение проблемы с
IEnumerable<T>:
Вы правильно заметили, что нельзя передать двумерный массив напрямую в метод, принимающийIEnumerable<Foo>. Однако, если вы хотите избежать дублирования кода и не хотите использовать дополнительный итератор, можно создать метод-расширение, который будет работать как обертка для вашего двумерного массива, чтобы иметь возможность обрабатывать его какIEnumerable<Foo>. Ниже приведен пример такого метода:
public static class ArrayExtensions
{
public static IEnumerable<T> AsEnumerable<T>(this T[,] array)
{
foreach (var item in array)
{
yield return item;
}
}
}После добавления этого метода, вы сможете вызывать ваш оригинальный метод Average следующим образом:
Foo[,] array2d = /**/;
Average(array2d.AsEnumerable());Заключение
Таким образом, оператор foreach может обрабатывать двумерные массивы благодаря особенностям реализации System.Array и спецификации C#. Для работы с методами, принимающими IEnumerable<T>, рекомендуется использовать методы-расширения, позволяющие обрабатывать многомерные массивы, не дублируя код. Это обеспечит вам необходимую производительность и удобство использования.