C#中foreach循环变量复用原因剖析

技术背景

在C#中，foreach循环变量的复用方式曾引发诸多问题。编译器声明变量的方式极易导致难以发现和调试的错误，却没有带来明显的好处。在C# 1.0规范中，并未明确循环变量是在循环体内部还是外部，因为在当时这并无明显差异。然而，当C# 2.0引入闭包语义时，选择将循环变量置于循环外部，这与for循环保持一致。

实现步骤

旧版本C#问题

在早期版本的C#中，循环变量在循环外部声明，这意味着所有迭代共享同一个变量。例如：

int[] values = { 7, 9, 13 };
Action f = null;
foreach (var value in values)
{
    if (f == null) f = () => Console.WriteLine("First value: " + value);
}
f();

在这个例子中，如果value在循环外部声明，那么所有迭代共享该变量，循环结束后其值为13，调用f()时会输出13。

C# 5.0的改进

C# 5.0对这个问题进行了修复，foreach循环变量在逻辑上位于循环体内部，每次迭代都会有一个新的变量副本。foreach语句的扩展形式如下：

{
    E e = ((C)(x)).GetEnumerator();
    try {
        while (e.MoveNext()) {
            V v = (V)(T)e.Current;
            embedded-statement
        }
    }
    finally {
        … // Dispose e
    }
}

在这种情况下，每个迭代都有自己的变量v，在上述示例中，f捕获的第一个迭代的value将保持为7，调用f()时会输出7。

核心代码

旧版本问题示例

foreach (var s in strings)
    query = query.Where(i => i.Prop == s); // 访问修改后的闭包

旧版本的解决方法

foreach (var s in strings)
{
    var s_for_closure = s;
    query = query.Where(i => i.Prop == s_for_closure); // 避免访问修改后的闭包
}

C# 5.0及以后

int[] values = { 7, 9, 13 };
Action f = null;
foreach (var value in values)
{
    if (f == null) f = () => Console.WriteLine("First value: " + value);
}
f(); // 输出 7

最佳实践

• 在C# 5.0之前，为了避免闭包问题，在每次迭代中使用一个局部变量来存储循环变量的值。
• 在C# 5.0及以后，可以直接在闭包中使用循环变量，因为每次迭代都有一个新的变量副本。

常见问题

旧版本C#闭包问题

在旧版本的C#中，闭包捕获的循环变量是共享的，可能导致意外的结果。解决方法是在每次迭代中创建一个新的局部变量。

for循环未改变

C# 5.0仅对foreach循环进行了改进，for循环保持不变，使用时仍需注意闭包问题。