LINQ中Enumerable.Repeat与Last导致副作用执行次数不符预期的原因

问题重现 #

测试代码 #

[Test]
public void Test()
{
    var i = 0;
    var v = Enumerable.Repeat(0, 10).Select(x =>
    {
        i++;
        return x;
    }).Last();

    Assert.That(v, Is.EqualTo(0));
    Assert.That(i, Is.EqualTo(10));
}

测试失败结果 #

Message:
Expected: 10
But was:  1

对比实现 #

替换为自定义的MyRepeat或MyLast后测试均可通过：

private T MyLast<T>(IEnumerable<T> values)
{
    var enumerator = values.GetEnumerator();
    while (enumerator.MoveNext())
    {
    }
    return enumerator.Current;
}

private IEnumerable<T> MyRepeat<T>(T value, int count)
{
    for(var i = 0; i<count; ++i)
    {
        yield return value;
    }
}

（测试基于.NET 6，最初发现于.NET Core 3.1环境）

原因解析 #

1. Enumerable.Repeat的特殊实现 #

.NET中的Enumerable.Repeat并非像自定义的MyRepeat那样通过yield逐个生成元素，而是返回一个实现了IList<T>接口的自定义集合类型（如RepeatIterator<T>）。这个集合支持直接通过索引访问元素，无需遍历整个序列。

2. Enumerable.Last的智能优化 #

针对Select后调用Last的场景，.NET LINQ会进行针对性优化：当Select的源序列实现了IList<T>时，Last方法不会遍历整个Select序列，而是直接获取源序列的最后一个元素，仅对该元素执行一次Select的转换委托。

具体执行流程 #

当执行Enumerable.Repeat(0,10).Select(x => {i++; return x;}).Last()时：

• Enumerable.Repeat返回一个包含10个0的IList<T>集合
• Last方法检测到Select的源是可索引的IList<T>，直接通过索引[9]获取源的最后一个元素
• 仅对该元素执行一次Select的委托逻辑，i仅递增1次
• 最终返回转换后的元素，导致测试中i的值为1而非预期的10

而自定义的MyRepeat是普通的yield迭代器（未实现IList<T>），MyLast也没有这种优化逻辑，因此会遍历整个序列，i递增10次，测试通过。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Earth Engine