Como o compilador entende o “foreach” em C#

Elemar Júnior

No post de hoje, gostaríamos de demonstrar como os compiladores de C# (tanto o Roslyn, que converte o código C# em Intermediate Language, quanto o JIT, que converte o código em Intermediate Language em assembly) tratam uma instrução que usamos com muita frequência: o foreach.

Iremos abordar alguns cenários de uso:

  • Usando foreach para iterar caracteres de uma string
  • Usando foreach para iterar em elementos de um array (tipo primitivo)
  • Usando foreach para iterar em enumerações (IEnumerable)
  • Usando foreach para iterar em enumerações (que não são IEnumerable)
  • Usando foreach para iterar em enumerações (quando o Enumerator precisa ser IDisposable)
  • Usando foreach para iterar em enumerações (IEnumerable e sem boxing)

O conhecimento desses cenários ajuda na escrita de código mais eficiente.

Usando foreach com strings

O código a seguir é uma função que, recebe uma string como parâmetro, e utiliza foreach para iterar nos caracteres dessa string.

public static void PrintAllChars(string s)
{
    foreach (var element in s)
    {
        Console.WriteLine(element);
    }
}

O processo de compilação desse código, em Releasegera o seguinte Intermediate Language:

.method public hidebysig static 
	void PrintAllChars (
		string s
	) cil managed 
{
	// Method begins at RVA 0x2054
	// Code size 32 (0x20)
	.maxstack 2
	.locals init (
		[0] string,
		[1] int32
	)

	// Console.WriteLine(s[i]);
	IL_0000: ldarg.0
	// (no C# code)
	IL_0001: stloc.0
	// for (int i = 0; i < s.Length; i++)
	IL_0002: ldc.i4.0
	IL_0003: stloc.1
	// (no C# code)
	IL_0004: br.s IL_0016
	// loop start (head: IL_0016)
		IL_0006: ldloc.0
		IL_0007: ldloc.1
		IL_0008: callvirt instance char [System.Runtime]System.String::get_Chars(int32)
		IL_000d: call void [System.Console]System.Console::WriteLine(char)
		// for (int i = 0; i < s.Length; i++)
		IL_0012: ldloc.1
		IL_0013: ldc.i4.1
		IL_0014: add
		IL_0015: stloc.1

		// (no C# code)
		IL_0016: ldloc.1
		IL_0017: ldloc.0
		IL_0018: callvirt instance int32 [System.Runtime]System.String::get_Length()
		IL_001d: blt.s IL_0006
	// end loop

	IL_001f: ret
} // end of method Program::PrintAllChars

Podemos verificar que esse código:

  • indica a criação de um registro de stack com duas variáveis locais (uma string e outra com um inteiro);
  • faz uma cópia da do argumento para uma variável local;
  • itera na string, utilizando um laço for simples, usando o indexer da string para obter cada caractere, utilizando a propriedade Length como limite máximo do laço;

Quando esse código é executado, o JIT consegue entregar uma implementação “quase” ótima.

00007FFF3F3114E3  movsxd      rcx,edi  
00007FFF3F3114E6  movzx       ecx,word ptr [rsi+rcx*2+0Ch]  
00007FFF3F3114EB  call        00007FFF3F311308  
00007FFF3F3114F0  inc         edi  
00007FFF3F3114F2  cmp         ebx,edi  
00007FFF3F3114F4  jg          00007FFF3F3114E3  
00007FFF3F3114F6  add         rsp,20h  
00007FFF3F3114FA  pop         rbx  
00007FFF3F3114FB  pop         rsi  
00007FFF3F3114FC  pop         rdi  
00007FFF3F3114FD  ret 

Importante destacar que a chamada para o indexer da string não aparece no assembly (get_Chars sumiu graças a inlining). A única função chamada no assembly é Console.WriteLine (no call)

NOTA TÉCNICA: Este mesmo código, escrito com for no lugar de foreach, geraria um Intermediate Language praticamente idêntico (a diferença seria que não haveria cópia do argumento para uma variável local) . Entretanto, essa pequena diferença já seria suficiente para que o JIT conseguisse aplicar uma otimização extra – inlining em todas as chamadas para o método. Percorrer os caracteres de uma string utilizando for é levemente mais performático do que usando foreach.

O JIT pode aplicar inlining na função que usamos no exemplo desde que a marquemos como candidata para inlining agressivo.

foreach em Arrays (de tipos primitivos)

A mesma lógica aplicada pelo compilador para iterar em uma string é aplicada pelos compiladores para iterar em um array.

O código a seguir, recebe um array de inteiros, imprimindo cada elemento.

public static void PrintAllNumbers(int[] numbers)
{
    foreach (var element in numbers)
    {
        Console.WriteLine(element);
    }
}

O assembly que itera nos elementos do array é bastante econômico.

00007FFF3F851523  movsxd      rcx,edi  
00007FFF3F851526  mov         ecx,dword ptr [rsi+rcx*4+10h]  
00007FFF3F85152A  call        00007FFF3F851340  
00007FFF3F85152F  inc         edi  
00007FFF3F851531  cmp         ebx,edi  
00007FFF3F851533  jg          00007FFF3F851523  
00007FFF3F851535  add         rsp,20h  
00007FFF3F851539  pop         rbx  
00007FFF3F85153A  pop         rsi  
00007FFF3F85153B  pop         rdi  
00007FFF3F85153C  ret  

foreach em IEnumerables

foreach é extremamente eficiente para operar com enumerações. Aliás, enumerações são extremamente importantes para a escrita de códigos de alta-performance, sobretudo quando execução lazy é possível.

using System;
using System.Collections.Generic;

class Program
{
    static void Main()
    {
        foreach (var element in GetNumbers())
        {
            Console.WriteLine(element);
        }
    }

    public static IEnumerable<int> GetNumbers()
    {
        for (int i = 1; i < 10; i++)
        {
            yield return i;
        }
    }
}

Os compiladores, ao gerar código executável para o foreach do código acima, utilizam os membros das interfaces IEnumerable e IEnumerator para percorrer adequadamente a enumeração.

No código em IL que segue vimos como nossa implementação de GetNumbers faça com que compilador escreva uma classe anônima para suportar o yield return.

.class private auto ansi beforefieldinit Program
	extends [System.Runtime]System.Object
{
	// Nested Types
	.class nested private auto ansi sealed beforefieldinit '<GetNumbers>d__1'
		extends [System.Runtime]System.Object
		implements class [System.Runtime]System.Collections.Generic.IEnumerable`1<int32>,
		           [System.Runtime]System.Collections.IEnumerable,
		           class [System.Runtime]System.Collections.Generic.IEnumerator`1<int32>,
		           [System.Runtime]System.Collections.IEnumerator,
		           [System.Runtime]System.IDisposable
	{
		.custom instance void [System.Runtime]System.Runtime.CompilerServices.CompilerGeneratedAttribute::.ctor() = (
			01 00 00 00
		)
		// Fields
		.field private int32 '<>1__state'
		.field private int32 '<>2__current'
		.field private int32 '<>l__initialThreadId'
		.field private int32 '<i>5__2'

		// Methods
		.method public hidebysig specialname rtspecialname 
			instance void .ctor (
				int32 '<>1__state'
			) cil managed 
		{
			.custom instance void [System.Diagnostics.Debug]System.Diagnostics.DebuggerHiddenAttribute::.ctor() = (
				01 00 00 00
			)
			// Method begins at RVA 0x20ad
			// Code size 25 (0x19)
			.maxstack 8

			// (no C# code)
			IL_0000: ldarg.0
			IL_0001: call instance void [System.Runtime]System.Object::.ctor()
			// this.<>1__state = <>1__state;
			IL_0006: ldarg.0
			IL_0007: ldarg.1
			IL_0008: stfld int32 Program/'<GetNumbers>d__1'::'<>1__state'
			// <>l__initialThreadId = Environment.CurrentManagedThreadId;
			IL_000d: ldarg.0
			IL_000e: call int32 [System.Runtime.Extensions]System.Environment::get_CurrentManagedThreadId()
			IL_0013: stfld int32 Program/'<GetNumbers>d__1'::'<>l__initialThreadId'
			// (no C# code)
			IL_0018: ret
		} // end of method '<GetNumbers>d__1'::.ctor

		.method private final hidebysig newslot virtual 
			instance void System.IDisposable.Dispose () cil managed 
		{
			.custom instance void [System.Diagnostics.Debug]System.Diagnostics.DebuggerHiddenAttribute::.ctor() = (
				01 00 00 00
			)
			.override method instance void [System.Runtime]System.IDisposable::Dispose()
			// Method begins at RVA 0x20c7
			// Code size 1 (0x1)
			.maxstack 8

			IL_0000: ret
		} // end of method '<GetNumbers>d__1'::System.IDisposable.Dispose

		.method private final hidebysig newslot virtual 
			instance bool MoveNext () cil managed 
		{
			.override method instance bool [System.Runtime]System.Collections.IEnumerator::MoveNext()
			// Method begins at RVA 0x20cc
			// Code size 88 (0x58)
			.maxstack 3
			.locals init (
				[0] int32,
				[1] int32
			)

			// switch (<>1__state)
			IL_0000: ldarg.0
			IL_0001: ldfld int32 Program/'<GetNumbers>d__1'::'<>1__state'
			IL_0006: stloc.0
			// (no C# code)
			IL_0007: ldloc.0
			IL_0008: brfalse.s IL_0010

			IL_000a: ldloc.0
			IL_000b: ldc.i4.1
			IL_000c: beq.s IL_0035

			// return false;
			IL_000e: ldc.i4.0
			// (no C# code)
			IL_000f: ret

			// <>1__state = -1;
			IL_0010: ldarg.0
			IL_0011: ldc.i4.m1
			IL_0012: stfld int32 Program/'<GetNumbers>d__1'::'<>1__state'
			// <i>5__2 = 1;
			IL_0017: ldarg.0
			IL_0018: ldc.i4.1
			IL_0019: stfld int32 Program/'<GetNumbers>d__1'::'<i>5__2'
			// (no C# code)
			IL_001e: br.s IL_004c

			// <>2__current = <i>5__2;
			IL_0020: ldarg.0
			IL_0021: ldarg.0
			IL_0022: ldfld int32 Program/'<GetNumbers>d__1'::'<i>5__2'
			IL_0027: stfld int32 Program/'<GetNumbers>d__1'::'<>2__current'
			// <>1__state = 1;
			IL_002c: ldarg.0
			IL_002d: ldc.i4.1
			IL_002e: stfld int32 Program/'<GetNumbers>d__1'::'<>1__state'
			// return true;
			IL_0033: ldc.i4.1
			// (no C# code)
			IL_0034: ret

			// <>1__state = -1;
			IL_0035: ldarg.0
			IL_0036: ldc.i4.m1
			IL_0037: stfld int32 Program/'<GetNumbers>d__1'::'<>1__state'
			// <i>5__2++;
			IL_003c: ldarg.0
			IL_003d: ldfld int32 Program/'<GetNumbers>d__1'::'<i>5__2'
			// (no C# code)
			IL_0042: stloc.1
			IL_0043: ldarg.0
			IL_0044: ldloc.1
			IL_0045: ldc.i4.1
			IL_0046: add
			IL_0047: stfld int32 Program/'<GetNumbers>d__1'::'<i>5__2'

			// if (<i>5__2 < 10)
			IL_004c: ldarg.0
			IL_004d: ldfld int32 Program/'<GetNumbers>d__1'::'<i>5__2'
			IL_0052: ldc.i4.s 10
			IL_0054: blt.s IL_0020

			// return false;
			IL_0056: ldc.i4.0
			// (no C# code)
			IL_0057: ret
		} // end of method '<GetNumbers>d__1'::MoveNext

		.method private final hidebysig specialname newslot virtual 
			instance int32 'System.Collections.Generic.IEnumerator<System.Int32>.get_Current' () cil managed 
		{
			.custom instance void [System.Diagnostics.Debug]System.Diagnostics.DebuggerHiddenAttribute::.ctor() = (
				01 00 00 00
			)
			.override method instance !0 class [System.Runtime]System.Collections.Generic.IEnumerator`1<int32>::get_Current()
			// Method begins at RVA 0x2130
			// Code size 7 (0x7)
			.maxstack 8

			// return <>2__current;
			IL_0000: ldarg.0
			IL_0001: ldfld int32 Program/'<GetNumbers>d__1'::'<>2__current'
			// (no C# code)
			IL_0006: ret
		} // end of method '<GetNumbers>d__1'::'System.Collections.Generic.IEnumerator<System.Int32>.get_Current'

		.method private final hidebysig newslot virtual 
			instance void System.Collections.IEnumerator.Reset () cil managed 
		{
			.custom instance void [System.Diagnostics.Debug]System.Diagnostics.DebuggerHiddenAttribute::.ctor() = (
				01 00 00 00
			)
			.override method instance void [System.Runtime]System.Collections.IEnumerator::Reset()
			// Method begins at RVA 0x2138
			// Code size 6 (0x6)
			.maxstack 8

			// throw new NotSupportedException();
			IL_0000: newobj instance void [System.Runtime]System.NotSupportedException::.ctor()
			// (no C# code)
			IL_0005: throw
		} // end of method '<GetNumbers>d__1'::System.Collections.IEnumerator.Reset

		.method private final hidebysig specialname newslot virtual 
			instance object System.Collections.IEnumerator.get_Current () cil managed 
		{
			.custom instance void [System.Diagnostics.Debug]System.Diagnostics.DebuggerHiddenAttribute::.ctor() = (
				01 00 00 00
			)
			.override method instance object [System.Runtime]System.Collections.IEnumerator::get_Current()
			// Method begins at RVA 0x213f
			// Code size 12 (0xc)
			.maxstack 8

			// return <>2__current;
			IL_0000: ldarg.0
			IL_0001: ldfld int32 Program/'<GetNumbers>d__1'::'<>2__current'
			IL_0006: box [System.Runtime]System.Int32
			// (no C# code)
			IL_000b: ret
		} // end of method '<GetNumbers>d__1'::System.Collections.IEnumerator.get_Current

		.method private final hidebysig newslot virtual 
			instance class [System.Runtime]System.Collections.Generic.IEnumerator`1<int32> 'System.Collections.Generic.IEnumerable<System.Int32>.GetEnumerator' () cil managed 
		{
			.custom instance void [System.Diagnostics.Debug]System.Diagnostics.DebuggerHiddenAttribute::.ctor() = (
				01 00 00 00
			)
			.override method instance class [System.Runtime]System.Collections.Generic.IEnumerator`1<!0> class [System.Runtime]System.Collections.Generic.IEnumerable`1<int32>::GetEnumerator()
			// Method begins at RVA 0x214c
			// Code size 43 (0x2b)
			.maxstack 2
			.locals init (
				[0] class Program/'<GetNumbers>d__1'
			)

			// if (<>1__state == -2 && <>l__initialThreadId == Environment.CurrentManagedThreadId)
			IL_0000: ldarg.0
			IL_0001: ldfld int32 Program/'<GetNumbers>d__1'::'<>1__state'
			IL_0006: ldc.i4.s -2
			IL_0008: bne.un.s IL_0022

			IL_000a: ldarg.0
			IL_000b: ldfld int32 Program/'<GetNumbers>d__1'::'<>l__initialThreadId'
			IL_0010: call int32 [System.Runtime.Extensions]System.Environment::get_CurrentManagedThreadId()
			IL_0015: bne.un.s IL_0022

			// <>1__state = 0;
			IL_0017: ldarg.0
			IL_0018: ldc.i4.0
			IL_0019: stfld int32 Program/'<GetNumbers>d__1'::'<>1__state'
			// return this;
			IL_001e: ldarg.0
			IL_001f: stloc.0
			// (no C# code)
			IL_0020: br.s IL_0029

			// return new <GetNumbers>d__1(0);
			IL_0022: ldc.i4.0
			IL_0023: newobj instance void Program/'<GetNumbers>d__1'::.ctor(int32)
			IL_0028: stloc.0

			// (no C# code)
			IL_0029: ldloc.0
			IL_002a: ret
		} // end of method '<GetNumbers>d__1'::'System.Collections.Generic.IEnumerable<System.Int32>.GetEnumerator'

		.method private final hidebysig newslot virtual 
			instance class [System.Runtime]System.Collections.IEnumerator System.Collections.IEnumerable.GetEnumerator () cil managed 
		{
			.custom instance void [System.Diagnostics.Debug]System.Diagnostics.DebuggerHiddenAttribute::.ctor() = (
				01 00 00 00
			)
			.override method instance class [System.Runtime]System.Collections.IEnumerator [System.Runtime]System.Collections.IEnumerable::GetEnumerator()
			// Method begins at RVA 0x2183
			// Code size 7 (0x7)
			.maxstack 8

			// return System.Collections.Generic.IEnumerable<System.Int32>.GetEnumerator();
			IL_0000: ldarg.0
			IL_0001: call instance class [System.Runtime]System.Collections.Generic.IEnumerator`1<int32> Program/'<GetNumbers>d__1'::'System.Collections.Generic.IEnumerable<System.Int32>.GetEnumerator'()
			// (no C# code)
			IL_0006: ret
		} // end of method '<GetNumbers>d__1'::System.Collections.IEnumerable.GetEnumerator

		// Properties
		.property instance int32 'System.Collections.Generic.IEnumerator<System.Int32>.Current'()
		{
			.get instance int32 Program/'<GetNumbers>d__1'::'System.Collections.Generic.IEnumerator<System.Int32>.get_Current'()
		}
		.property instance object System.Collections.IEnumerator.Current()
		{
			.get instance object Program/'<GetNumbers>d__1'::System.Collections.IEnumerator.get_Current()
		}

	} // end of class <GetNumbers>d__1


	// Methods
	.method private hidebysig static 
		void Main () cil managed 
	{
		// Method begins at RVA 0x2050
		// Code size 45 (0x2d)
		.maxstack 1
		.entrypoint
		.locals init (
			[0] class [System.Runtime]System.Collections.Generic.IEnumerator`1<int32>
		)

		// foreach (int number in GetNumbers())
		IL_0000: call class [System.Runtime]System.Collections.Generic.IEnumerable`1<int32> Program::GetNumbers()
		IL_0005: callvirt instance class [System.Runtime]System.Collections.Generic.IEnumerator`1<!0> class [System.Runtime]System.Collections.Generic.IEnumerable`1<int32>::GetEnumerator()
		// (no C# code)
		IL_000a: stloc.0
		.try
		{
			IL_000b: br.s IL_0018
			// loop start (head: IL_0018)
				// foreach (int number in GetNumbers())
				IL_000d: ldloc.0
				IL_000e: callvirt instance !0 class [System.Runtime]System.Collections.Generic.IEnumerator`1<int32>::get_Current()
				// Console.WriteLine(number);
				IL_0013: call void [System.Console]System.Console::WriteLine(int32)

				// foreach (int number in GetNumbers())
				IL_0018: ldloc.0
				IL_0019: callvirt instance bool [System.Runtime]System.Collections.IEnumerator::MoveNext()
				// (no C# code)
				IL_001e: brtrue.s IL_000d
			// end loop

			IL_0020: leave.s IL_002c
		} // end .try
		finally
		{
			IL_0022: ldloc.0
			IL_0023: brfalse.s IL_002b

			IL_0025: ldloc.0
			IL_0026: callvirt instance void [System.Runtime]System.IDisposable::Dispose()

			IL_002b: endfinally
		} // end handler

		IL_002c: ret
	} // end of method Program::Main

	.method public hidebysig static 
		class [System.Runtime]System.Collections.Generic.IEnumerable`1<int32> GetNumbers () cil managed 
	{
		.custom instance void [System.Runtime]System.Runtime.CompilerServices.IteratorStateMachineAttribute::.ctor(class [System.Runtime]System.Type) = (
			01 00 18 50 72 6f 67 72 61 6d 2b 3c 47 65 74 4e
			75 6d 62 65 72 73 3e 64 5f 5f 31 00 00
		)
		// Method begins at RVA 0x209c
		// Code size 8 (0x8)
		.maxstack 8

		// (no C# code)
		IL_0000: ldc.i4.s -2
		IL_0002: newobj instance void Program/'<GetNumbers>d__1'::.ctor(int32)
		IL_0007: ret
	} // end of method Program::GetNumbers

	.method public hidebysig specialname rtspecialname 
		instance void .ctor () cil managed 
	{
		// Method begins at RVA 0x20a5
		// Code size 7 (0x7)
		.maxstack 8

		IL_0000: ldarg.0
		IL_0001: call instance void [System.Runtime]System.Object::.ctor()
		IL_0006: ret
	} // end of method Program::.ctor

} // end of class Program

O problema é que se em nossos códigos, utilizarmos a interface IEnumerable para tipar a variável que iremos iterar no foreach, faremos com que ele siga o mesmo padrão que seria adotado para iterar em enumerações lazy.

Vejamos, por exemplo, o que acontece com nosso código, que imprime os elementos de um array, se, no lugar de especificar o tipo do parâmetro como um array, indicarmos um IEnumerable.

public static void PrintAllNumbers(IEnumerable<int> numbers)
{
    foreach (var element in numbers)
    {
        Console.WriteLine(element);
    }
}

Essa simples alteração, faz com que o compilador gere o código de forma completamente diferente daquela para operar com uma array (é mais “genérico”, mas é menos performático).

.method public hidebysig static 
	void PrintAllNumbers (
		class [System.Runtime]System.Collections.Generic.IEnumerable`1<int32> numbers
	) cil managed 
{
	// Method begins at RVA 0x206c
	// Code size 41 (0x29)
	.maxstack 1
	.locals init (
		[0] class [System.Runtime]System.Collections.Generic.IEnumerator`1<int32>
	)

	// foreach (int number in numbers)
	IL_0000: ldarg.0
	IL_0001: callvirt instance class [System.Runtime]System.Collections.Generic.IEnumerator`1<!0> class [System.Runtime]System.Collections.Generic.IEnumerable`1<int32>::GetEnumerator()
	// (no C# code)
	IL_0006: stloc.0
	.try
	{
		IL_0007: br.s IL_0014
		// loop start (head: IL_0014)
			// foreach (int number in numbers)
			IL_0009: ldloc.0
			IL_000a: callvirt instance !0 class [System.Runtime]System.Collections.Generic.IEnumerator`1<int32>::get_Current()
			// Console.WriteLine(number);
			IL_000f: call void [System.Console]System.Console::WriteLine(int32)

			// foreach (int number in numbers)
			IL_0014: ldloc.0
			IL_0015: callvirt instance bool [System.Runtime]System.Collections.IEnumerator::MoveNext()
			// (no C# code)
			IL_001a: brtrue.s IL_0009
		// end loop

		IL_001c: leave.s IL_0028
	} // end .try
	finally
	{
		IL_001e: ldloc.0
		IL_001f: brfalse.s IL_0027

		IL_0021: ldloc.0
		IL_0022: callvirt instance void [System.Runtime]System.IDisposable::Dispose()

		IL_0027: endfinally
	} // end handler

	IL_0028: ret
}

Seria o mesmo que percorrer o array assim:

public static void PrintAllNumbers(IEnumerable<int> numbers)
{
    using (var enumerator = numbers.GetEnumerator())
    {
        while (enumerator.MoveNext())
        {
            Console.WriteLine(enumerator.Current);
        }
    }
}

Como pode ver, dessa vez, não há qualquer menção a simplicidade para varrer o array. Esse código é capaz de operar com valores lazy mas, acaba não performando nada bem e não há nada que o JIT possa fazer, em tempo de execução, para fazer esse código ter performance comparável com o que tínhamos até então.

Outro problema é que esse código, por esperar uma interface, acaba forçando “boxing” do tipo sendo passado por parâmetro.

Mais uma vez, é importante destacar que essa “capacidade” do compilador é que permite que a mágica do yield return funcione.

foreach em Enumerações (que não são IEnumerables)

Algo que pouca gente se atenta é que o compilador permite que criemos enumerações sem implementar as interfaces IEnumerable e IEnumerator.

Vejamos um exemplo:

using System;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var f = new Foo();
        foreach (var element in f)
        {
            Console.WriteLine(element);
        }
    }
}

struct Foo
{
    public FooEnumerator GetEnumerator()
    {
        return new FooEnumerator();
    }
}

struct FooEnumerator 
{
    private int _current;
    public bool MoveNext()
    {
        _current++;
        return _current < 10; } public int Current => _current;
}

Esse código segue exatamente a mesma linha de implementação que seguiríamos caso estivéssemos implementando as interfaces IEnumerable e IEnumerator e são compatíveis com foreach.

.method private hidebysig static 
	void Main (
		string[] args
	) cil managed 
{
	// Method begins at RVA 0x2050
	// Code size 40 (0x28)
	.maxstack 1
	.entrypoint
	.locals init (
		[0] valuetype Foo,
		[1] valuetype FooEnumerator
	)

	// (no C# code)
	IL_0000: ldloca.s 0
	// FooEnumerator enumerator = default(Foo).GetEnumerator();
	IL_0002: initobj Foo
	IL_0008: ldloca.s 0
	IL_000a: call instance valuetype FooEnumerator Foo::GetEnumerator()
	IL_000f: stloc.1
	// (no C# code)
	IL_0010: br.s IL_001e
	// loop start (head: IL_001e)
		// Console.WriteLine(enumerator.Current);
		IL_0012: ldloca.s 1
		IL_0014: call instance int32 FooEnumerator::get_Current()
		IL_0019: call void [System.Console]System.Console::WriteLine(int32)

		// while (enumerator.MoveNext())
		IL_001e: ldloca.s 1
		IL_0020: call instance bool FooEnumerator::MoveNext()
		IL_0025: brtrue.s IL_0012
	// end loop

	IL_0027: ret
}

Repare que, como utilizemos struct, tanto Foo quanto FooEnumerator não geram pressão no Garbage Collector.

Embora esse código seja “possível”, não é recomendado.

foreach em Enumerações (com Enumerators IDisposable)

O compilador é extremamente inteligente para identificar quando um Enumerator implementa a interface IDisposable e, consequentemente, chamar Dispose quando esta interface estiver presente. Aliás, ele faz isso sem fazer casting para não gerar boxing.

using System;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var f = new Foo();
        foreach (var element in f)
        {
            Console.WriteLine(element);
        }
    }
}

struct Foo
{
    public FooEnumerator GetEnumerator()
    {
        return new FooEnumerator();
    }
}

struct FooEnumerator : IDisposable
{
    private int _current;
    public bool MoveNext()
    {
        _current++;
        return _current < 10;
    }

    public int Current => _current;

    public void Dispose()
    {
        Console.WriteLine("Disposed!");
    }
}

Assim que o foreach concluir a execução do Enumerator irá acionar o seu Dispose automaticamente.

O código em Intermediate Language gerado pelo compilador chama o Dispose.

.method public hidebysig static 
	void PrintAllChars (
		string s
	) cil managed 
{
	// Method begins at RVA 0x205c
	// Code size 32 (0x20)
	.maxstack 2
	.locals init (
		[0] string,
		[1] int32
	)

	// Console.WriteLine(s[i]);
	IL_0000: ldarg.0
	// (no C# code)
	IL_0001: stloc.0
	// for (int i = 0; i < s.Length; i++)
	IL_0002: ldc.i4.0
	IL_0003: stloc.1
	// (no C# code)
	IL_0004: br.s IL_0016
	// loop start (head: IL_0016)
		IL_0006: ldloc.0
		IL_0007: ldloc.1
		IL_0008: callvirt instance char [System.Runtime]System.String::get_Chars(int32)
		IL_000d: call void [System.Console]System.Console::WriteLine(char)
		// for (int i = 0; i < s.Length; i++)
		IL_0012: ldloc.1
		IL_0013: ldc.i4.1
		IL_0014: add
		IL_0015: stloc.1

		// (no C# code)
		IL_0016: ldloc.1
		IL_0017: ldloc.0
		IL_0018: callvirt instance int32 [System.Runtime]System.String::get_Length()
		IL_001d: blt.s IL_0006
	// end loop

	IL_001f: ret
}

 

foreach em Enumerações (com Enumerators, sem boxing)

Implementar enumeradores sem implementar as interfaces IEnumerable e IEnumerator parece errado. Na verdade, achamos que é! Por outro lado, gostaríamos de usar structs para não gerar carga no GC – como proceder?

É perfeitamente possível implementar código mais abstrato sem sobrecarregar o GC.

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        var f = new Foo();
        foreach (var element in f)
        {
            Console.WriteLine(element);
        }
    }
}

struct Foo : IEnumerable<int>
{
    public IEnumerator<int> GetEnumerator()
    {
        return new FooEnumerator();
    }

    
    IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
    {
        return new FooEnumerator();
    }
}

struct FooEnumerator : IEnumerator<int>
{
    private int _current;
    public bool MoveNext()
    {
        _current++;
        return _current < 10;
    }

    public void Reset()
    {
        _current = 0;
    }

    object IEnumerator.Current => Current;

    public int Current => _current;

    public void Dispose()
    {
        Console.WriteLine("Disposed!");
    }
}

O compilador vai continuar respeitando o código, sem cast nem boxing, a menos que façamos uma atribuição da struct para uma variável tipada como IEnumerable.

static void Main(string[] args)
{
    IEnumerable<int> f = new Foo();
    foreach (var element in f)
    {
        Console.WriteLine(element);
    }
}

O código acima, por exemplo, gera boxing .

Por enquanto … É isso

Os códigos que examinamos aqui mostram como os compiladores .NET tratam a instrução foreach. Vimos que o compilador evita gerar boxing e respeita características de cada tipo que estamos tentando iterar.

A forma mais cara de iterar com foreach é com enumerações. Porém, é a abstração mais poderosa.

Devemos evitar usar o “modelo” com enumerações para tipos que oferecem iterações mais simples (como arrays e strings).

Dúvidas? Algum cenário não discutido? Deixe suas observações nos comentários.

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