C#开发基础之深入理解“集合遍历时不可修改”的异常背后的设计
前言
欢迎关注【dotnet研习社】，今天我们聊聊一个基础问题“集合已修改：可能无法执行枚举操作”背后的设计。
在日常 C# 开发中，我们常常会操作集合（如 List<T>、Dictionary<K,V> 等）。一个新手开发者极有可能遇到下面这个经典异常：
System.InvalidOperationException: Collection was modified; enumeration operation may not execute.
这通常意味着你在 遍历集合的过程中尝试修改集合本身（添加或删除元素），这是被禁止的。本文将深入剖析这个问题产生的原因，并分享常见的几种 安全解决方案，帮助我们从容应对这一异常。
一、问题复现
来看一个简单的例子：
List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };foreach (int num in numbers)
{if (num % 2 == 0){numbers.Remove(num); // 报错！}
}
运行后会抛出异常：
System.InvalidOperationException: Collection was modified; enumeration operation may not execute.
这是因为 foreach 在枚举集合时，会维护一个内部状态来防止在枚举过程中破坏结构，一旦结构变动，就会抛出异常。
二、常见的正确做法
方法 1：倒序 for 循环移除元素
适用于 List<T> 这种支持索引的集合：
for (int i = numbers.Count - 1; i >= 0; i--)
{if (numbers[i] % 2 == 0){numbers.RemoveAt(i);}
}
✅ 倒序循环可以避免因为索引变动导致的跳过元素或崩溃。
方法 2：使用 LINQ 的 Where + ToList() 创建副本遍历
foreach (var num in numbers.Where(n => n % 2 == 0).ToList())
{numbers.Remove(num);
}
✅
ToList()会创建一个集合副本，这样你就可以安全地对原集合进行修改了。
方法 3：临时列表收集要移除的项，二次遍历移除
var toRemove = new List<int>();
foreach (var num in numbers)
{if (num % 2 == 0){toRemove.Add(num);}
}
foreach (var num in toRemove)
{numbers.Remove(num);
}
✅ 这种方法安全可靠，尤其适合处理复杂条件删除场景。
方法 4：直接使用 List<T>.RemoveAll()
这是最简洁的一种方式：
numbers.RemoveAll(n => n % 2 == 0);
✅ 适用于只需要从集合中删除符合某个条件的元素场景。
三、适用于不同集合类型的说明
| 集合类型 | 遍历时可修改？ | 推荐处理方式 |
|---|---|---|
List<T> | ❌ | 倒序/临时列表/RemoveAll |
Dictionary<K,V> | ❌ | ToList()拷贝键值对后操作 |
HashSet<T> | ❌ | 先收集，后统一移除 |
ConcurrentBag<T> | ✅ | 支持并发读写，无需额外处理 |
如果正在开发多线程程序，强烈推荐使用线程安全集合，如
ConcurrentDictionary<K,V>、ConcurrentQueue<T>等。
四、深入理解为何不能修改
foreach的底层是使用了IEnumerator；- 当修改集合时（比如
Remove()），集合的version字段会更新； IEnumerator检测到版本变动后，会抛出InvalidOperationException，以防止出现难以调试的数据错误。
我们可以通过查看 .NET 源码中关于 List<T>、IEnumerator 以及 version 字段的真实实现，验证上面的描述并深入理解：
- https://github.com/dotnet/runtime
- 关键路径
src/libraries/System.Private.CoreLib/src/System/Collections/Generic/List.cs
在该文件中可以看到 List<T> 的实现细节：
示例：List<T>.Enumerator.MoveNext() 中的 version 检查
public bool MoveNext()
{List<T> localList = list;if (version == localList._version && (index < localList._size)){current = localList._items[index++];return true;}return MoveNextRare();
}
而在 MoveNextRare() 中可以看到抛出异常的逻辑：
private bool MoveNextRare()
{if (version != list._version){ThrowHelper.ThrowInvalidOperationException_InvalidOperation_EnumFailedVersion();}index = list._size + 1;current = default!;return false;
}
说明只要外部在枚举过程中修改了集合（导致 _version 改变），枚举器就会感知并抛出异常。
这种机制的目的是保护开发者避免数据一致性错误，虽然它带来了限制，但也增强了代码的健壮性。
五、总结一句话
遍历集合时不要修改集合本身。
如果需要修改，请先复制副本或延后批量处理，不要在
foreach中直接Add或Remove。
六、附加：通用工具方法（删除满足条件的元素）
我们可以封装一个更通用的方法，供多处复用：
public static void SafeRemove<T>(List<T> list, Func<T, bool> predicate)
{list.RemoveAll(predicate);
}
使用方式：
SafeRemove(numbers, n => n % 2 == 0);
七、延伸阅读推荐
- .NET 源码解析：List 是如何防止你在遍历中修改它的？
- .NET GitHub 源码结构导览
- Stack Overflow 高票回答：Why does modifying a list while iterating cause an exception?