C# 中 for 和 foreach 的深入研究

        在 C# 编程中，for 和 foreach 是最常用的遍历循环结构。它们的出现大大简化了集合的遍历操作，但在实际开发中，我们选择使用时并未充分考虑它们之间的区别，往往只是凭习惯来决定用哪个。实际上，for 和 foreach 在语法结构、性能、可读性、适用场景等方面都有显著的区别。

一、for 循环深入分析

1. for 循环的语法结构

for 循环的基本语法如下：

for (初始化表达式; 条件表达式; 迭代表达式) { // 循环体 }

• 初始化表达式：在循环开始前执行一次，通常用于初始化控制变量。
• 条件表达式：在每次迭代前进行判断，返回 true 则继续执行，返回 false 则终止循环。
• 迭代表达式：在每次循环结束后执行，通常用于递增或递减循环变量。

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2. for 循环的灵活性

（1）指定步长

for 循环可以通过迭代表达式自定义步长：

int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (int i = 0; i < numbers.Length; i += 2) 
{Console.WriteLine(numbers[i]); 
}

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（2）倒序遍历

可以直接从数组末尾向前遍历：

int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };
for (int i = numbers.Length - 1; i >= 0; i--) 
{ Console.WriteLine(numbers[i]); 
}

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（3）跳跃遍历

如果需要间隔遍历集合，for 循环可以轻松实现：

string[] items = { "A", "B", "C", "D", "E" }; 
for (int i = 0; i < items.Length; i += 2) 
{ Console.WriteLine(items[i]); 
}

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3. for 循环可以修改集合元素

在使用索引的情况下，可以直接修改集合中的元素：

string[] names = { "Alice", "Bob", "Charlie" };
for (int i = 0; i < names.Length; i++) 
{ names[i] = names[i].ToUpper();
}
Console.WriteLine(string.Join(", ", names));

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4. 性能测试

在对大数据量集合进行遍历时，for 循环的性能通常比 foreach 更好。原因是 for 直接通过索引访问数据，而 foreach 需要通过迭代器访问。

性能测试代码：

List<int> numbers = Enumerable.Range(1, 1000000).ToList(); 
var sw = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
for (int i = 0; i < numbers.Count; i++) 
{ int temp = numbers[i]; 
} 
sw.Stop(); 
Console.WriteLine($"for: {sw.ElapsedMilliseconds} ms"); 
sw.Restart(); 
foreach (var num in numbers) 
{ int temp = num; 
} 
sw.Stop(); 
Console.WriteLine($"foreach: {sw.ElapsedMilliseconds} ms");

三、for 和 foreach 的详细对比

特性	for	foreach
可修改元素	✅	❌
倒序遍历	✅	❌
跳跃遍历	✅	❌
简洁性	❌	✅
性能	⭐⭐⭐	⭐⭐
可读性	⭐	⭐⭐⭐
越界安全性	❌	✅

二、foreach 循环深入分析

1. foreach 循环的语法结构

foreach 语法更简洁：

foreach (var item in 集合) { // 循环体 }

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2. foreach 的简洁性

直接读取元素，不需要关心索引：

string[] names = { "Alice", "Bob", "Charlie" };
foreach (var name in names) 
{ Console.WriteLine(name); 
}

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3. foreach 的迭代安全性

假设集合长度改变，for 会导致越界异常，而 foreach 不会：

List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3 };
foreach (var num in numbers)
{Console.WriteLine(num); 
}

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4. foreach 不能直接修改集合元素

List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3 }; 
foreach (var num in numbers) 
{ // num *= 2; // 编译错误 
}

若要修改集合元素，可以使用索引或 List<T>.Select 生成新集合。

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5. foreach 的性能劣势

foreach 每次迭代都需要通过迭代器访问元素，性能稍逊于 for：

var sw = new System.Diagnostics.Stopwatch(); 
sw.Start(); 
for (int i = 0; i < numbers.Count; i++) 
{ int temp = numbers[i]; 
} 
sw.Stop(); 
Console.WriteLine($"for: {sw.ElapsedMilliseconds} ms"); sw.Restart(); 
foreach (var num in numbers) 
{ int temp = num; 
} 
sw.Stop(); 
Console.WriteLine($"foreach: {sw.ElapsedMilliseconds} ms");

四、最佳实践总结

场景	推荐方式	理由
只读遍历	foreach	代码简洁，安全
修改元素	for	需要索引
倒序遍历	for	foreach 不支持
并行处理	for	可以结合 Parallel.For
大数据量遍历	for	性能更优

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五、性能对比总结

数据量	for	foreach
1万元素	1ms	2ms
10万元素	8ms	12ms
100万元素	40ms	55ms

通过以上的分析我们应该：

• 性能优先：选择 for
• 代码简洁性优先：选择 foreach
• 不可修改的集合：选择 foreach
• 需要倒序或跳跃遍历：选择 for
• 遍历链式查询结果：选择 foreach

合理选择循环结构，不仅能提高代码可读性，还能显著优化程序性能。