C#中foreach会复制IEnumerable元素吗？何时用引用/副本？

问题 #

• C#中的foreach语句会从IEnumerable中复制元素吗？
• foreach在哪些场景下使用引用，哪些场景下使用副本？

测试代码 #

using System;
using System.Linq;

class A {
    public int v;
}

class Program
{
    static void Main() {
        var ints = new int[] { 0, 1, 2 };
        
        var array = ints.Select(i=>new A {v = i}).ToArray();
        foreach(var a in array) {
            a.v = 999;
        }

        var enumerable = ints.Select(i=>new A {v = i});
        foreach(var a in enumerable) {
            a.v = 999;
        }

        Console.WriteLine($"array.First = {array.First().v}");
        Console.WriteLine($"enumerable.First = {enumerable.First().v}");
    }
}

输出结果 #

array.First = 999
enumerable.First = 0

现象解释 #

你看到的差异和foreach是否用引用/副本无关，核心是LINQ延迟执行特性和数组的立即实例化的区别：

1. 数组遍历的情况：
   ToArray()会立即执行Select逻辑，把所有A的实例创建出来并存储在数组中。foreach遍历数组时，循环变量a是指向数组中已存在的A实例的引用副本——这个副本指向的是数组里的同一个对象，所以修改a.v本质是修改数组中对应实例的属性值，后续调用array.First()拿到的就是被修改过的那个实例，自然输出999。

2. IEnumerable遍历的情况：
   LINQ的Select是延迟执行的，var enumerable = ints.Select(...)并没有创建任何A实例，只有当你开始枚举它（比如foreach循环、调用First()）时，才会逐次执行lambda表达式创建新的A实例。
   第一次foreach遍历enumerable时，每次迭代都生成一个新的A实例，修改a.v为999，但这些实例在遍历结束后就被丢弃了；当你调用enumerable.First()时，又会重新执行Select的lambda，创建一个全新的A实例（v=0），所以输出0。

foreach的引用/副本规则 #

foreach的行为只和元素的类型有关：

• 值类型（如int、自定义struct）：foreach会复制元素的数值到循环变量中，修改循环变量不会影响原集合中的元素。
• 引用类型（如自定义class）：foreach拿到的是对象引用的副本，但这个副本指向原集合中的同一个对象实例。因此修改对象的属性会影响原集合中的对象；但如果直接给循环变量赋值（比如a = new A()），不会改变原集合中对应的引用。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Wei Liu