C# - 数组

现代 C# - 数组与集合

在 C# 中，数组（Array）是一种基础数据结构，它存储固定大小的、同类型元素的有序集合。可以将其想象成一个带编号的盒子列表，每个盒子存放同一种物品，并且可以通过其编号（或索引）进行访问。数组在内存中是连续存储的，这使得通过索引访问元素非常快速。

虽然你可以声明 score1、score2、score3 等单独的变量，但使用数组 scores 会效率得多。然后，你可以使用索引访问单个元素，例如 scores[0]、scores[1] 和 scores[2]。请注意，C# 中的数组索引是从零开始的，这意味着第一个元素位于索引 0。

声明和初始化数组

通过指定元素类型，后跟方括号 [] 来声明数组。初始化是分配内存并提供初始值的过程。

语法概览

以下是声明和初始化数组的常见方式：

// 1. 声明并初始化一个特定大小的数组（元素会获得默认值，例如 int 为 0）
int[] numbers = new int[5];

// 2. 声明并使用值进行初始化（编译器推断大小）
double[] balances = { 2340.0, 4523.69, 3421.0 };

// 3. 使用 'new' 关键字和初始化器列表
string[] names = new string[] { "Alice", "Bob", "Charlie" };

// 4. 使用目标类型 'new' 表达式（C# 9 及更高版本）
char[] vowels = new[] { 'a', 'e', 'i', 'o', 'u' };

当你创建一个数组时，C# 会将每个元素初始化为其默认值。对于数值类型，默认值是 0；对于 bool 类型，是 false；对于引用类型（如 string），是 null。

访问和修改数组元素

你可以使用方括号内的从零开始的索引来访问和修改数组元素。

string[] names = { "Alice", "Bob", "Charlie" };

// 访问第一个元素
string firstName = names[0]; // "Alice"

// 修改第二个元素
names[1] = "Barbara";

Console.WriteLine($"The names are: {names[0]}, {names[1]}, {names[2]}");
// 输出: The names are: Alice, Barbara, Charlie

常见陷阱：差一错误

一个常见的错误是尝试访问有效索引范围之外的元素。一个长度为 3 的数组，其有效索引是 0、1 和 2。访问 names[3] 将会抛出 IndexOutOfRangeException 异常。

// 这将导致运行时错误！
// string errorName = names[3];

遍历数组

循环遍历数组元素是一项常见的任务。foreach 循环是执行此操作最简单、最安全的方式。

使用 foreach（推荐）

foreach 循环迭代集合中的每个元素，无需管理索引变量。

using System;

int[] scores = { 99, 98, 92, 97, 95 };

Console.WriteLine("Student Scores:");
foreach (int score in scores)
{
    Console.WriteLine(score);
}

使用 for 循环

当你在迭代过程中需要访问元素的索引时，for 循环会很有用。

using System;

string[] fruits = { "Apple", "Banana", "Cherry" };

for (int i = 0; i < fruits.Length; i++)
{
    Console.WriteLine($"Fruit at index {i}: {fruits[i]}");
}

Length 属性返回数组中元素的总数。在 for 循环中，条件 i < fruits.Length 可以防止 IndexOutOfRangeException 异常的发生。

有用的数组操作

System.Array 类和 LINQ（Language-Integrated Query）提供了处理数组的强大方法。

排序

你可以使用 Array.Sort() 对数组进行原地排序。

int[] numbers = { 50, 20, 40, 10, 30 };

// 按升序排序
Array.Sort(numbers);

// 要按降序排序，先排序再反转
Array.Reverse(numbers);

Console.WriteLine(string.Join(", ", numbers)); // 输出: 50, 40, 30, 20, 10

为了获得更大的灵活性，特别是当你不想修改原始数组时，可以使用 LINQ。你需要添加 using System.Linq;。

using System.Linq;

int[] originalNumbers = { 50, 20, 40, 10, 30 };

// LINQ 方法返回一个新的序列，它们不修改原始数组
var sortedAscending = originalNumbers.OrderBy(n => n).ToArray();
var sortedDescending = originalNumbers.OrderByDescending(n => n).ToArray();

Console.WriteLine($"Ascending: {string.Join(", ", sortedAscending)}");
Console.WriteLine($"Descending: {string.Join(", ", sortedDescending)}");

复制

将一个数组变量赋值给另一个变量并不会创建副本；两个变量都将指向内存中的同一个数组。

int[] original = { 1, 2, 3 };
int[] referenceCopy = original; // 不是真正的副本

referenceCopy[0] = 99;

Console.WriteLine(original[0]); // 输出: 99

要创建一个真实的、独立的副本（浅拷贝），你可以使用 LINQ 的 ToArray() 方法或 Array.Copy()。

using System.Linq;

int[] sourceArray = { 1, 2, 3, 4, 5 };

// 使用 LINQ 的现代方式
int[] newCopy = sourceArray.ToArray();

// 传统方式
int[] destinationArray = new int[sourceArray.Length];
Array.Copy(sourceArray, destinationArray, sourceArray.Length);

newCopy[0] = 100;
Console.WriteLine($"Source: {sourceArray[0]}"); // 输出: Source: 1
Console.WriteLine($"New Copy: {newCopy[0]}"); // 输出: New Copy: 100

数组与其它集合

当元素数量固定时，数组在性能方面表现出色。然而，对于需要动态增长或收缩的集合，其他类型通常是更好的选择。

类型	描述
Array (int[])	固定大小。通过索引访问时性能最佳。当集合大小已知且不会改变时使用。
List (List<int>)	动态大小。最常见的通用集合。提供 Add()、Remove() 和 Sort() 等方法。
Multi-dimensional Array (int[,])	矩形数组（例如，网格或矩阵）。所有行的长度必须相同。
Jagged Array (int[][])	数组的数组。每个内部数组可以有不同的长度。

建议

对于 C# 新手，通常最好从 List<T> 开始。它比数组更灵活，并且在现代 .NET 应用程序中被广泛使用。你可以使用 .ToList() 和 .ToArray() 轻松地在 List<T> 和数组之间进行转换。