C# 泛型集合介面全景圖：IEnumerable、ICollection、IList、IDictionary

為何只關注泛型介面？

非泛型介面（IEnumerable、ICollection…）已標記過時，泛型版提供型別安全、效能（值類型免裝箱）、語意清晰。C++ 開發者注意：C# 泛型在執行期實例化，JIT 共享程式碼，避免 C++ 模板的程式碼膨脹。

核心介面速覽

9.4.1 實作 IEnumerable<T>：讓自訂類別支援 foreach

關鍵：yield return

public class ListBoxTest : IEnumerable<string> {
    private string[] _items = new string[8];
    private int _count = 0;

    public IEnumerator<string> GetEnumerator() {
        for (int i = 0; i < _count; i++)
            yield return _items[i]; // 編譯器自動產生狀態機
    }

    // 非泛型 IEnumerable 顯式實作（介面繼承關係要求）
    IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator() => GetEnumerator();

    public void Add(string s) => _items[_count++] = s;
    public string this[int i] { get => _items[i]; set => _items[i] = value; }
}

yield return 原理

• 編譯器產生實作 IEnumerator<T> 的巢狀類別，封裝狀態（索引、this 指標）。
• 每次 MoveNext 執行到下一個 yield return 即暫停，下次繼續。
• 記憶體效率高：不需一次建立整個集合快照。

使用範例

var lb = new ListBoxTest("Hello", "World");
lb.Add("Who"); lb.Add("Is"); lb.Add("John"); lb.Add("Galt");
lb[1] = "Universe";

foreach (var s in lb) Console.WriteLine($"Value: {s}");
// Value: Hello
// Value: Universe
// Value: Who
// Value: Is
// Value: John
// Value: Galt
// Value: 
// Value: 

介面繼承關係圖

IEnumerable<T> → IEnumerable
    ↑
ICollection<T> → ICollection
    ↑
IList<T> → IList
    ↑
IDictionary<TKey,TValue> → IDictionary

實作 IList<T> 即自動滿足所有上層介面契約。

最佳實務

• 公開 API 傳回型別盡量用介面（IEnumerable<T>、IReadOnlyList<T>），保留變更實作彈性。
• 唯讀集合回傳 IReadOnlyCollection<T> / IReadOnlyList<T>（.NET 4.5+）。
• 需自訂迭代邏輯時優先用 yield return，手寫 IEnumerator 易出錯且冗長。