在 C# 中使用 foreach 循环时的内存分配

Question

我了解 C# 中 foreach 循环如何工作的基础知识 (How do foreach loops work in C#)

我想知道是否使用 foreach 分配的内存可能会导致垃圾回收？ （适用于所有内置系统类型）。

例如在System.Collections.Generic.List<T>类上使用Reflector，下面是GetEnumerator的实现：

public Enumerator<T> GetEnumerator()
{
    return new Enumerator<T>((List<T>) this);
}

每次使用都会分配一个新的枚举器（以及更多垃圾）。

所有类型都这样做吗？如果是这样，为什么？ （不能重复使用单个 Enumerator 吗？）

Answer 1

因为枚举器保留了当前项。与数据库相比，它就像一个游标。如果多个线程将访问同一个枚举器，您将失去对序列的控制。每次 foreach 查询它时，您都必须将其重置为第一项。

Answer 2

正如 cmets 中所述，这通常不是您需要担心的问题，因为这是垃圾收集的重点。也就是说，我的理解是，是的，每个 foreach 循环都会生成一个新的 Enumerator 对象，最终将被垃圾回收。要了解原因，请查看接口 here 的文档。如您所见，有一个函数调用请求下一个对象。这样做的能力意味着枚举器具有状态，并且必须知道下一个是哪个。至于为什么这是必要的，图像你正在引起集合项目的每个排列之间的交互：

foreach(var outerItem in Items)
{
   foreach(var innterItem in Items)
   {
      // do something
   }
}

在这里，您在同一个集合上同时有两个枚举器。显然，共享位置无法实现您的目标。

Answer 3

不，枚举列表不会导致垃圾回收。

List<T> 类的枚举器不从堆中分配内存。它是一个结构，而不是一个类，因此构造函数不分配对象，它只是返回一个值。 foreach 代码会将该值保留在堆栈上，而不是堆上。

其他集合的枚举器可能是类，它会在堆上分配一个对象。您需要检查每种情况的枚举器类型以确定。

Answer 4

Foreach 可能会导致分配，但至少在较新版本的 .NET 和 Mono 中，如果您正在处理具体的 System.Collections.Generic 类型或数组，则不会。这些编译器的旧版本（例如 Unity3D 在 5.5 之前使用的 Mono 版本）总是生成分配。

C# 编译器使用duck typing 来查找GetEnumerator() 方法并在可能的情况下使用它。 System.Collection.Generic 类型上的大多数 GetEnumerator() 方法都有返回结构的 GetEnumerator() 方法，并且对数组进行了特殊处理。如果您的 GetEnumerator() 方法没有分配，您通常可以避免分配。

但是，如果您正在处理接口IEnumerable、IEnumerable<T>、IList 或IList<T> 之一，您将始终获得分配。即使您的实现类返回一个结构，该结构也会被装箱并转换为IEnumerator 或IEnumerator<T>，这需要分配。

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注意：自从 Unity 5.5 更新到 C# 6 后，我知道目前没有任何编译器版本仍然具有第二次分配。

还有一个更难理解的分配。使用这个 foreach 循环：

List<int> valueList = new List<int>() { 1, 2 };
foreach (int value in valueList) {
    // do something with value
}

在 C# 5.0 之前，它会扩展为类似这样的内容（有一些小的差异）：

List<int>.Enumerator enumerator = valueList.GetEnumerator();
try {
    while (enumerator.MoveNext()) {
        int value = enumerator.Current;
        // do something with value
    }
}
finally {
    IDisposable disposable = enumerator as System.IDisposable;
    if (disposable != null) disposable.Dispose();
}

虽然List<int>.Enumerator 是一个结构，不需要在堆上分配，但转换enumerator as System.IDisposable 将结构装箱，这是一个分配。规范随着 C# 5.0 更改，禁止分配，但 .NET broke the spec 并更早地优化了分配。

这些分配非常少。请注意，分配与内存泄漏非常不同，使用垃圾收集，您通常不必担心它。但是，在某些情况下，您甚至会关心这些分配。我从事 Unity3D 工作，直到 5.5，我们无法在每个游戏帧发生的操作中进行任何分配，因为当垃圾收集器运行时，你会得到明显的颠簸。

请注意，数组上的 foreach 循环经过特殊处理，不必调用 Dispose。据我所知，foreach 在遍历数组时从未分配过。