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全面認識 C#（七-八）：集合與 foreach、結構值型別

編輯：C# 入門

七、集合與 foreach 陳述式

統一迭代語法

C# foreach 可迭代任何實作 IEnumerable/IEnumerable<T> 的型別，陣列隱含實作。

語法比較

語言	集合迭代	陣列迭代
Java/C++	`while (!coll.isEmpty()) { Object o = coll.get(); coll.next(); }`	`for (int i=0; i`
C#	`foreach (var item in collection) { ... }`	`foreach (var item in array) { ... }`

運作原理


// 編譯器轉換為 (簡化版)
IEnumerator enumerator = collection.GetEnumerator();
try {
    while (enumerator.MoveNext()) {
        T item = enumerator.Current;
        // loop body
    }
}
finally {
    (enumerator as IDisposable)?.Dispose();
}

自訂迭代器


public class Fibonacci : IEnumerable {
    public IEnumerator GetEnumerator() => new FibonacciEnumerator();
    IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator() => GetEnumerator();

    private class FibonacciEnumerator : IEnumerator {
        int _prev = 0, _curr = 1;
        public int Current => _prev;
        object IEnumerator.Current => Current;
        public bool MoveNext() {
            (_prev, _curr) = (_curr, _prev + _curr);
            return true; // 無限序列
        }
        public void Reset() => (_prev, _curr) = (0, 1);
        public void Dispose() { }
    }
}

// 使用
foreach (int n in new Fibonacci().Take(10)) Console.WriteLine(n);

八、結構 - 輕量級值型別

核心差異：類別 vs 結構

特性	類別 (參考型別)	結構 (值型別)
記憶體配置	堆積	堆疊 / 內嵌於包含型別
指派語意	參考複製	值複製
預設值	null	零值 (所有欄位為 0/null)
繼承	支援繼承	不可繼承 (隱含 sealed)
介面實作	支援	支援
解構子	有 (Finalize)	無
null 可用性	可為 null	不可為 null (除非 Nullable<T>)

宣告與使用


public struct Vector3 {
    public float X, Y, Z;
    public Vector3(float x, float y, float z) => (X, Y, Z) = (x, y, z);
    public float Magnitude => MathF.Sqrt(X*X + Y*Y + Z*Z);
    public static Vector3 operator +(Vector3 a, Vector3 b) 
        => new Vector3(a.X+b.X, a.Y+b.Y, a.Z+b.Z);
}

// 使用
Vector3 v1 = new Vector3(1, 2, 3);
Vector3 v2 = v1; // 值複製
v2.X = 10;     // v1 不受影響
Vector3[] vectors = new Vector3[1000]; // 連續記憶體區塊，單一配置

效能優勢

陣列連續配置：Vector3[1000] 為單一記憶體區塊，無 1000 個獨立物件標頭
無 GC 壓力：堆疊配置、內嵌欄位不產生垃圾
快取友善：資料局部性極佳，適合高效能計算、圖形、遊戲

基本型別即結構


int i = 5;
Console.WriteLine(i.ToString()); // int 為 System.Int32 結構別名
long l = 10L; // System.Int64
double d = 3.14; // System.Double
// 所有基本型別皆為結構別名

裝箱與拆箱


int i = 42;
object boxed = i;        // 裝箱：配置物件包裝值
int unboxed = (int)boxed; // 拆箱：提取值

// 概念模型
class Int32Box { public int Value; Int32Box(int v) => Value = v; }
object boxed2 = new Int32Box(42); // 裝箱相當於
int unboxed2 = ((Int32Box)boxed2).Value; // 拆箱相當於