C#中的数组用法详解

如果需要使用同一类型的多个对象，可以使用数组和集合（后面介绍）。C#用特殊的记号声明，初始化和使用数组。Array类在后台发挥作用，它为数组中的元素排序和过滤提供了多个方法。使用枚举器，可以迭代数组中的所有元素。
如果需要使用不同类型的多个对象，可以使用Tuple（元组）类型。

一.简单数组（一维数组）

数组是一种数据结构，它可以包含同一个类型的多个元素。

1.数组的声明

在声明数组时，先定义数组中的元素类型，其后是一对空方括号和一个变量名。

int[] myArray;

2.数组的初始化

声明了数组之后，就必须为数组分配内存，以保存数组的所有元素。数组是引用类型，所以必须给它分配堆上的内存。为此，应使用new运算符，指定数组中元素的类型和数量来初始化数组的变量。

myArray = new int[4];

在声明和初始化数组后，变量myArray就引用了4个整数值，它们位于托管堆上：

在指定了数组的大小后，就不能重新设置数组的大小。如果事先不知道数组中应包含多少个元素，就可以使用集合。
除了在两个语句中声明和初始化数组之外，还可以在一个语句中声明和初始化数组：

int[] myArray = new int[4];

还可以使用数组初始化器为数组的每个元素复制。数组初始化器只能在声明数组变量时使用，不能在声明数组之后使用。

int[] myArray = new int[4]｛1，3，5，7｝;

如果用花括号初始化数组，可以不指定数组的大小，因为编译器会自动统计元素的个数：

int[] myArray = new int[]｛1，3，5，7｝;

也可以使用更简单的形式：

int[] myArray = ｛1，3，5，7｝;

3.访问数组元素

在声明和初始化数组之后，就可以使用索引器访问其中的元素了。数组只支持有整型参数的索引器。
索引器总是以0开头，表示第一个元素。可以传递给索引器的最大值是元素个数减1，因为索引从0开始：

int[] myArray = ｛1，3，5，7｝;
int v1 = myArray[0];
int v2 = myArray[1];
myArray[3] = 4;

可以使用数组的Length属性获取元素的个数。

4.数组中使用引用类型

数组除了能声明预定义类型的数组，还可以声明自定义类型的数组。

public class Person
{
public string FirstName { get; set; }

public string LastName { get; set; }

public override string ToString()
{
return String.Format("{0} {1}", FirstName, LastName);
}
}

Person[] myPersons = new Person[2];
myPersons[0] = new Person { FirstName = "Ayrton", LastName = "Senna" };
myPersons[1] = new Person { FirstName = "Michael", LastName = "Schumacher" };

如果数组中的元素是引用类型，就必须为每个数组元素分配内存。如果使用了数组中未分配内存的元素，就会抛出NullReferenceException类型的异常。
下面是内存情况：

对自定义类型也可以使用数组初始化器：

Person[] myPersons2 =
{
new Person { FirstName="Ayrton", LastName="Senna"},
new Person { FirstName="Michael", LastName="Schumacher"}
};

二.多维数组

多维数组用两个或多个整数来索引。
在C#中声明多维数组，需要在方括号中加上逗号。数组在初始化时应指定每一维的大小（也称为阶）。

int[,] twoDim = new int[3,3];
twoDim[0,0] = 1;
twoDim[0,1] = 2;
twoDim[0,2] = 3;
twoDim[1,0] = 4;
twoDim[1,1] = 5;
twoDim[1,2] = 6;
twoDim[2,0] = 7;
twoDim[2,1] = 8;
twoDim[2,2] = 9;

声明数组之后，就不能修改其阶数了。
也可以使用初始化器来初始化多维数组：

int[,] twoDim ={
{1,2,3},
{4,5,6},
{7,8,9}
};

使用数组初始化器时，必须初始化数组的每个元素，不能遗漏任何元素。
声明一个三位数组：

int[,,] threeDim ={
{{1,2},{3,4}},
{{5,6},{7,8}},
{{9,10},{11,12}}
};
Console.WriteLine(threeDim[0,1,1]);

三.锯齿数组

二维数组的大小对应于一个矩形，而锯齿数组的大小设置比较灵活，在锯齿数组中，每一行都可以有不同的大小。
在声明锯齿数组时，要依次放置左右括号。在初始化锯齿数组时，只在第一对方括号中设置该数组包含的行数。定义各行中元素个数的第二个方括号设置为空，因为这类数组的每一行包含不同的元素个数。之后，为每一行指定行中的元素个数：

int[][] jagged = new int[3][];
jagged[0] = new int[2]{1,2};
jagged[1] = new int[4]{3,4,5,6};
jagged[2] = new int[3]{7,8};

迭代锯齿数组中的所有元素的代码可以放在嵌套的for循环中。在外层的for循环中迭代每一行，在内层的for循环中迭代一行中的每个元素：

for(int row = 0;row<jagged.Length;row++)
{
for(int element = 0;element<jagged[row].Length;element++)
{
Console.WriteLine("row:{0}, element:{1},value:{2}",row,element,jagged[row][element]);
}
}

四.Array类

用方括号声明数组是C#中使用Array类的表示法。在后台使用C#语法，会创建一个派生自抽象基类Array的新类。这样，就可以使用Array类为每个C#数组定义的方法和属性了。
Array类实现的其它属性有LongLength和Rank。如果数组包含的元素个数超出了整数的取值范围，就可以使用LongLength属性来获得元素个数。使用Rank属性可以获得数组的维数。

1.创建数组

Array类是一个抽象类，所以不能使用构造函数来创建数组。但除了使用C#语法创建数组实例之外，还可以使用静态方法CreateInstance()创建数组。如果事先不知道元素的类型，该静态方法就很有用，因为类型可以作为Type对象传递给CreateInstance()方法。
CreateInstance()方法的第一个参数是元素的类型，第二个参数定义数组的大小。
可以使用SetValue()方法设置对应元素的值，用GetValue()方法读取对应元素的值。

Array intArray1 = Array.CreateInstance(typeof(int), 5);
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
intArray1.SetValue(33, i);
}

for (int i = 0; i < 5; i++)
{
Console.WriteLine(intArray1.GetValue(i));
}

还可以将已经创建的数组强制转换称声明为int[]的数组：

int[] intArray2 = (int[])intArray1;

CreateInstance()方法有许多重载版本，可以创建多维数组和索引不基于0的数组。

//创建一个2X3的二维数组，第一维基于1，第二维基于10：
int[] lengths = { 2, 3 };
int[] lowerBounds = { 1, 10 };
Array racers = Array.CreateInstance(typeof(Person), lengths, lowerBounds);

racers.SetValue(new Person { FirstName = "Alain", LastName = "Prost" }, index1: 1, index2: 10);
racers.SetValue(new Person
{
FirstName = "Emerson",
LastName = "Fittipaldi"
}, 1, 11);
racers.SetValue(new Person { FirstName = "Ayrton", LastName = "Senna" }, 1, 12);
racers.SetValue(new Person { FirstName = "Michael", LastName = "Schumacher" }, 2, 10);
racers.SetValue(new Person { FirstName = "Fernando", LastName = "Alonso" }, 2, 11);
racers.SetValue(new Person { FirstName = "Jenson", LastName = "Button" }, 2, 12);

Person[,] racers2 = (Person[,])racers;
Person first = racers2[1, 10];
Person last = racers2[2, 12];

2.复制数组

因为数组是引用类型，所以将一个数组变量赋予另一个数组变量，就会得到两个引用同一数组的变量。
数组实现ICloneable接口。这个接口定义的Clone()方法会复制数组，创建数组的浅表副本。
如果数组的元素是值类型，Clone()方法会复制所有值：

int[] a1 = {1,2};
int[] a2 = (int[])a1.Clone();

如果数组包含引用类型，只复制引用。
除了使用Clone()方法之外，还可以使用Array.Copy()方法创建浅表副本。

Person[] beatles = {
new Person { FirstName="John", LastName="Lennon" },
new Person { FirstName="Paul", LastName="McCartney" }
};

Person[] beatlesClone = (Person[])beatles.Clone();
Person[] beatlesClone2 = new Person[2];
Array.Copy(beatlesClone,beatlesClone2,2);//注意与Clone的语法区别，Copy需要传递阶数相同的已有数组。（还可以使用CopyTo()方法）

3.排序

Array类使用快速排序算法对数组中的元素进行排序。Sort()方法需要数组中的元素实现IComparable接口。因为简单类型（如String，Int32）实现IComparable接口，所以可以对包含这些类型的元素排序。

string[] names = {
"Christina Aguilera",
"Shakira",
"Beyonce",
"Gwen Stefani"
};

Array.Sort(names);

foreach (string name in names)
{
Console.WriteLine(name);
}

如果对数组使用使用自定义类，就必须实现IComparable接口。这个接口只定义了一个方法CompareTo()方法，如果要比较的对象相等，该方法就返回0.如果该实例应排在参数对象的前面，该方法就返回小于i0de值。如果该实例应排在参数对象的后面，该方法就返回大于0的值。

public class Person : IComparable<Person>
{
public string FirstName { get; set; }

public string LastName { get; set; }

public override string ToString()
{
return String.Format("{0} {1}",
FirstName, LastName);
}

public int CompareTo(Person other)
{
if (other == null) throw new ArgumentNullException("other");

int result = this.LastName.CompareTo(other.LastName);
if (result == 0)
{
result = this.FirstName.CompareTo(other.FirstName);
}

return result;
}
}

客户端代码：

Person[] persons = {
new Person { FirstName="Damon", LastName="Hill" },
new Person { FirstName="Niki", LastName="Lauda" },
new Person { FirstName="Ayrton", LastName="Senna" },
new Person { FirstName="Graham", LastName="Hill" }
};
Array.Sort(persons);
foreach (Person p in persons)
{
Console.WriteLine(p);
}

如果Person对象的排序方式与上述不同，或者不能修改在数组中用作元素的类，就可以实现IComparer接口或IComparer<T>接口。这两个接口定义了方法Compare()方法。机型比较的类必须实现这两个接口之一。

public enum PersonCompareType
{
FirstName,
LastName
}
//通过使用实现了IComparer<T> 泛型接口的PersonComparer类比较Person对象数组。
public class PersonComparer : IComparer<Person>
{
private PersonCompareType compareType;

public PersonComparer(PersonCompareType compareType)
{
this.compareType = compareType;
}

#region IComparer<Person> Members

public int Compare(Person x, Person y)
{
if (x == null) throw new ArgumentNullException("x");
if (y == null) throw new ArgumentNullException("y");

switch (compareType)
{
case PersonCompareType.FirstName:
return x.FirstName.CompareTo(y.FirstName);
case PersonCompareType.LastName:
return x.LastName.CompareTo(y.LastName);
default:
throw new ArgumentException(
"unexpected compare type");
}
}

#endregion
}

客户端代码：

Person[] persons = {
new Person { FirstName="Damon", LastName="Hill" },
new Person { FirstName="Niki", LastName="Lauda" },
new Person { FirstName="Ayrton", LastName="Senna" },
new Person { FirstName="Graham", LastName="Hill" }
};
Array.Sort(persons,
new PersonComparer(PersonCompareType.FirstName));

foreach (Person p in persons)
{
Console.WriteLine(p);
}

五.数组作为参数

数组可以作为参数传递给方法，也可以从方法中返回。

1.数组协变

数组支持协变。这表示数组可以声明为基类，其派生类型的元素可以赋值于数组元素。

static void DisPlay(object[] o)
{
//..
}

可以给该方法传递一个Person[]。
数组协变只能用于引用类型，不能用于值类型。

2.ArraySegment<T>

结构ArraySegment<T>表示数组的一段。如果需要使用不同的方法处理某个大型数组的不同部分，那么可以把相应的数组部分复制到各个方法。
ArraySegment<T>结构包含了关于数组段的信息（偏移量和元素个数）。

static void Main()
{
int[] ar1 = { 1, 4, 5, 11, 13, 18 };
int[] ar2 = { 3, 4, 5, 18, 21, 27, 33 };
var segments = new ArraySegment<int>[2]
{
new ArraySegment<int>(ar1, 0, 3),
new ArraySegment<int>(ar2, 3, 3)
};

var sum = SumOfSegments(segments);
Console.WriteLine("sum of all segments: {0}", sum);

}

static int SumOfSegments(ArraySegment<int>[] segments)
{
int sum = 0;
foreach (var segment in segments)
{
for (int i = segment.Offset; i < segment.Offset + segment.Count; i++)
{
sum += segment.Array[i];
}

}
return sum;
}

数组段不复制原数组的元素，但原数组可以通过ArraySegment<T>访问。如果数组段中的元素改变了，这些变化就会反映到原数组中。

六.枚举集合

在foreach语句中使用枚举，可以迭代集合中的元素，且无需知道集合中元素的个数。foreach语句使用一个枚举器。foreach会调用实现了IEnumerable接口的集合类中的GetEumerator()方法。GetEumerator()方法返回一个实现IEnumerator接口的对象枚举。foreach语句就可以使用IEnumerable接口迭代集合了。
GetEumerator()方法在IEnumerable接口中定义。

1.IEnumerator接口

foreach语句使用IEnumerator接口的方法和属性，迭代集合中所有元素。IEnumerator接口定义了Current属性，来返回光标所在的元素，该接口的MoveNext()方法移动到集合的下一个元素上，如果有这个元素，该方法就返回true。如果集合不再有更多的元素，该方法就返回false.
这个接口的泛型版本IEnumerator<T>派生自接口IDisposable，因此定义了Dispose()方法，来清理枚举器占用的资源。

2.foreach语句

C#中foreach语句不会解析为IL代码中的foreach语句。C#编译器会把foreach语句转换为IEnumerator接口的方法和属性。

Person[] persons = {
new Person { FirstName="Damon", LastName="Hill" },
new Person { FirstName="Niki", LastName="Lauda" },
new Person { FirstName="Ayrton", LastName="Senna" },
new Person { FirstName="Graham", LastName="Hill" }
};
foreach (Person p in persons)
{
Console.WriteLine(p);
}

foreach语句会解析为下面的代码：

IEnumerator<Person> enumerator = persons.GetEumerator();
while(enumerator.MoveNext())
{
Person p = enumerator.Current;
Console.WriteLine(p);
}

3.yield语句

在C#2.0之前，foreach语句可以轻松的迭代集合，但创建枚举器需要做大量的工作。C#２.０添加了yield语句，以便创建枚举器。
yield return 语句返回集合的一个元素，并移动到下一个元素。yield break可停止迭代。
下面的例子实现返回两个字符串：

public class HelloCollection
{
public IEnumerator<string> GetEnumerator()
{
yield return "Hello";
yield return "World";
}
}

客户端代码：

var helloCollection = new HelloCollection();
foreach (string s in helloCollection)
{
Console.WriteLine(s);
}

包含yield语句的方法或属性也称为迭代块。迭代块必须声明为返回IEnumerator或IEnumerable接口，或者这些接口的泛型版本。这个块可以包含多条yield return语句或yield break语句，但不能包含return语句。
使用迭代块，编译器会生成一个yield类型，其中包含一个状态机，如下面代码所示：
yield类型实现IEnumerator和IDisposable接口的方法和属性。下面的例子可以把yield类型看作内部类Enumerator。外部类的GetEnumerator()方法实例化并返回一个新的yield类型。在yield类型中，变量state定义了迭代的当前位置，每次调用MoveNext()时，当前位置都会改变。MoveNext()封装了迭代块的代码，并设置了current变量的值，从而使Current属性根据位置返回一个对象。

public class HelloCollection
{
public IEnumerator<string> GetEnumerator()
{
return new Enumerator(0);
}

public class Enumerator:IEnumerator<string>,IEnumerator,IDisposable
{
private int state;
private string current;

public Enumerator(int state)
{
this.state = state;
}

bool System.Collections.IEnumerator.MoveNext()
{
switch(state)
{
case 0:
current="hello";
state =1;
return true;
case 1:
current="world";
state =2;
return true;
case 2:
break;
}

return false;
}

void System.Collection>IEnumerator.Reset()
{
throw new NotSupportedException();
}

string System.Collections.Generic.IEnumerator<string>.Current
{
get
{
return current;
}
}

object System.Collections.IEnumerator.Current
{
get
{
return current;
}
}

void IDisposable.Dispose()
{}
}
}

yield语句会产生一个枚举器，而不仅仅生成一个包含的项的列表。这个枚举器通过foreach语句调用。从foreach中依次访问每一项，就会访问枚举器。这样就可以迭代大量的数据，而无需一次把所有的数据都读入内存。

(1).迭代集合的不同方式

可以使用yield return语句，以不同方式迭代集合。
类MusicTitles可以用默认方式通过GetEnumerator()方法迭代标题，该方法不必在代码中编写，也可以用Reverse()逆序迭代标题，用Subset()方法迭代子集合：

public class MusicTitles
{
string[] names = {
"Tubular Bells", "Hergest Ridge",
"Ommadawn", "Platinum" };

public IEnumerator<string> GetEnumerator()
{
for (int i = 0; i < 4; i++)
{
yield return names[i];
}
}

public IEnumerable<string> Reverse()
{
for (int i = 3; i >= 0; i--)
{
yield return names[i];
}
}

public IEnumerable<string> Subset(int index, int length)
{
for (int i = index; i < index + length;i++)
{
yield return names[i];
}
}
}

客户端代码：

var titles = new MusicTitles();
foreach (var title in titles)
{
Console.WriteLine(title);
}
Console.WriteLine();

Console.WriteLine("reverse");
foreach (var title in titles.Reverse())
{
Console.WriteLine(title);
}
Console.WriteLine();

Console.WriteLine("subset");
foreach (var title in titles.Subset(2, 2))
{
Console.WriteLine(title);
}

(2).用yield return 返回枚举器

public class GameMoves
 {
   private IEnumerator cross;
   private IEnumerator circle;

public GameMoves()
   {
     cross = Cross();
     circle = Circle();
   }

private int move = 0;
   const int MaxMoves = 9;

public IEnumerator Cross()
   {
     while (true)
     {
       Console.WriteLine("Cross, move {0}", move);
       if (++move >= MaxMoves)
         yield break;
       yield return circle;
     }
   }

public IEnumerator Circle()
   {
     while (true)
     {
       Console.WriteLine("Circle, move {0}", move);
       if (++move >= MaxMoves)
         yield break;
       yield return cross;
     }
   }
 }

客户端代码：

var game = new GameMoves();

IEnumerator enumerator = game.Cross();
while (enumerator.MoveNext())
{
enumerator = enumerator.Current as IEnumerator;
}

这样会交替调用Cross()和Circle()方法。

七.元组（Tuple）

元组可以合并不同类型的对象。元组起源于函数编程语言，如F#。在.NET Framework中，元组可用于所有的.Net语言。
.NET Framework定义了8个泛型Tuple类和一个静态Tuple类，它们用作元组的工厂。不同的泛型Tuple类支持不同数量的元素。如，Tuple<T1>包含一个元素，Tuple<T1，T2>包含两个元素。

Tuple<string, string> name = new Tuple<string, string>("Jochen", "Rindt");

元组也可以用静态Tuple类的静态Create()方法创建。Create()方法的泛型参数定了要实例化的元组类型：

public static Tuple<int, int> Divide(int dividend, int divisor)
{
int result = dividend / divisor;
int reminder = dividend ％ divisor;

return Tuple.Create<int, int>(result, reminder);
}

可以用属性Item1和Item2访问元组的项：

var result = Divide(5, 2);
Console.WriteLine("result of division: {0}, reminder: {1}", result.Item1, result.Item2);

如果元组包含的项超过8个，就可以使用带8个参数的Tuple类定义。最后一个模板参数是TRest，表示必须给它传递一个元组。这样，就可以创建带任意个参数的元组了。
 

var tuple = Tuple.Create<string, string, string, int, int, int, double, Tuple<int, int>>(
"Stephanie", "Alina", "Nagel", 2009, 6, 2, 1.37, Tuple.Create<int, int>(52, 3490));

八.结构比较

数组和元组都实现接口IStructuralEquatable和IStructuralComparable。这两个接口不仅可以比较引用，还可以比较内容。这些接口都是显式实现的，所以在使用时需要把数组和元组强制转换为这个接口。
IStructuralEquatable接口用于比较两个元组或数组是否有相同的内同，IStructuralComparable接口用于给元组或数组排序。
IStructuralEquatable接口示例：
编写实现IEquatable接口的Person类，IEquatable接口定义了一个强类型化的Equals()方法，比较FirstName和LastName的值：

public class Person : IEquatable<Person>
 {
   public int Id { get; private set; }
   public string FirstName { get; set; }
   public string LastName { get; set; }

public override string ToString()
   {
     return String.Format("{0}, {1} {2}", Id, FirstName, LastName);
   }

public override bool Equals(object obj)
   {
       if (obj == null)
           return base.Equals(obj);
       return Equals(obj as Person);
   }

public override int GetHashCode()
   {
       return Id.GetHashCode();
   }

#region IEquatable<Person> Members

public bool Equals(Person other)
   {
     if (other == null)
       return base.Equals(other);

return this.FirstName == other.FirstName && this.LastName == other.LastName;
   }

#endregion
 }

创建两个包含相同内容的Person类型的数组：

var janet = new Person { FirstName = "Janet", LastName = "Jackson" };
Person[] persons1 = { new Person { FirstName = "Michael", LastName = "Jackson" }, janet };
Person[] persons2 = { new Person { FirstName = "Michael", LastName = "Jackson" }, janet };

由于两个变量引用两个不同数组，所以!=返回True：

if (persons1 != persons2)
Console.WriteLine("not the same reference");

对于IStructuralEquatable接口定义的Equals方法，第一个参数是object类型，第二个参数是IEqualityComparer类型。调用这个方法时，通过传递一个实现了EqualityComparer<T>的对象，就可以定义如何进行比较。通过EqualityComparer<T>类完成IEqualityComparer的一个默认实现。这个实现检查T类型是否实现了IEquatable接口，并调用IEquatable.Equals()方法。如果该类没有实现IEquatable接口，就调用Object基类中Equals()方法：

if ((persons1 as IStructuralEquatable).Equals(persons2, EqualityComparer<Person>.Default))
{
Console.WriteLine("the same content");
}

元组示例：
Tuple<>类提供了两个Epuals()方法：一个重写了Object基类中的Epuals方法，并把object作为参数，第二个由IStructuralEquatable接口定义，并把object和IEqualityComparer作为参数。

var t1 = Tuple.Create<int, string>(1, "Stephanie");
var t2 = Tuple.Create<int, string>(1, "Stephanie");
if (t1 != t2)
Console.WriteLine("not the same reference to the tuple");

这个方法使用EqualityComparer<object>.Default获取一个ObjectEqualityComparer<object>，以进行比较。这样就会调用Object.Equals()方法比较元组的每一项：

if (t1.Equals(t2))
Console.WriteLine("equals returns true");

还可以使用TupleComparer类创建一个自定义的IEqualityComparer

TupleComparer tc = new TupleComparer();

if ((t1 as IStructuralEquatable).Equals(t2, tc))
{
Console.WriteLine("yes, using TubpleComparer");
}

class TupleComparer : IEqualityComparer
{
#region IEqualityComparer Members

public new bool Equals(object x, object y)
{
bool result = x.Equals(y);
return result;
}

public int GetHashCode(object obj)
{
return obj.GetHashCode();
}

#endregion
}

来源：https://www.cnblogs.com/afei-24/p/6738128.html