为什么我们需要两个接口来枚举一个集合？

Question

很长一段时间以来，我一直在努力理解 IEnumerable 和 IEnumerator 背后的想法。我阅读了所有我能在网上找到的问题和答案，尤其是在 Whosebug 上，但我并不满意。我已经明白如何应该使用这些接口，但不了解 为什么 以这种方式使用它们。

我认为我误解的本质是我们需要两个接口来进行一个操作。我意识到如果两者都需要，那么一个可能是不够的。所以我取了 foreach 的 "hard coded" 等价物（正如我发现的 here）：

while (enumerator.MoveNext())
{
    object item = enumerator.Current;

    // logic
}

并试图让它与一个界面一起工作，认为会出现问题，这会让我理解为什么需要另一个界面。

所以我创建了一个集合class，并实现了IForeachable:

class Collection : IForeachable
{
    private int[] array = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    private int index = -1;

    public int Current => array[index];

    public bool MoveNext()
    {
        if (index < array.Length - 1)
        {
            index++;
            return true;
        }

        index = -1;
        return false;
    }
}

并使用 foreach 等同于提名集合：

var collection = new Collection();

while (collection.MoveNext())
{
    object item = collection.Current;

    Console.WriteLine(item);
}

而且有效！那么这里缺少什么需要另一个接口？

谢谢。

编辑： 我的问题与评论中列出的问题不重复：

This问题是为什么枚举首先需要接口。
This question and this 问题是关于什么是那些接口以及如何使用它们。

我的问题是为什么它们是这样设计的，而不是它们是什么，如何它们有效，为什么我们首先需要它们。

Answer 1

你的 IForeachable 甚至不能从两个不同的线程迭代（你根本不能有多个活动迭代 - 即使来自同一个线程），因为当前枚举状态存储在 IForeachable 本身。每次完成枚举后，您还必须重置当前位置，如果您忘记这样做 - 那么，下一个调用者会认为您的集合是空的。我只能想象这一切可能导致的各种难以跟踪的错误。

另一方面，因为每个调用者 IEnumerable returns new IEnumerator - 您可以同时进行多个枚举，因为每个调用者都有自己的枚举状态。我认为仅此一个原因就足以证明两个接口的合理性。枚举本质上是读操作，如果不能在多个地方同时读取同一个东西，会很混乱。

Answer 2

这两个接口是什么，它们的作用是什么？

IEnumerable 接口被放置在集合对象上并定义了 GetEnumerator() 方法，这个 returns 一个（通常是新的）对象已经实现了 IEnumerator 接口。 C# 中的 foreach 语句和 VB.NET 中的 For Each 语句使用 IEnumerable 访问枚举器以循环遍历集合中的元素。

IEnumerator 接口本质上是放置在实际执行迭代的对象上的契约。它存储迭代的状态并在代码在集合中移动时更新它。

为什么不让集合也成为枚举器呢？为什么有两个独立的接口？

没有什么可以阻止在同一个 class 上实现 IEnumerator 和 IEnumerable。然而，这样做有一个代价——不可能在同一个集合上同时有两个或更多的循环。如果可以绝对保证永远不需要同时循环两次集合，那很好。但在大多数情况下这是不可能的。

什么时候会有人一次多次迭代一个集合？

这里有两个例子。

第一个例子是在同一个集合中有两个相互嵌套的循环。如果集合也是枚举器，那么就不可能在同一个集合上支持嵌套循环，当代码到达内部循环时，它将与外部循环发生冲突。

第二个例子是当有两个或多个线程访问同一个集合时。同样，如果集合也是枚举器，则不可能在同一集合上支持安全的多线程迭代。当第二个线程尝试遍历集合中的元素时，两个枚举的状态将发生冲突。

此外，由于 .NET 中使用的迭代模型不允许在枚举期间更改集合，否则这些操作是完全安全的。

-- 这是我多年前写的博客post：https://colinmackay.scot/2007/06/24/iteration-in-net-with-ienumerable-and-ienumerator/

为什么我们需要两个接口来枚举一个集合？

Why do we need two interfaces to enumerate a collection?

c#

foreach

ienumerable

ienumerator