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C# 自定义类型的数组与 Array 类

战无不胜上传于 2024-11-12 17:55

### C# 自定义类型的数组与 Array 类：深入解析与应用实践

在C#（.NET）编程中，数组是存储同类型元素的集合，而自定义类型数组与系统提供的`Array`类结合使用，能高效处理复杂数据结构。本文将系统阐述自定义类型数组的声明、初始化、操作方法，以及`Array`类的核心功能（如排序、搜索、扩容等），并通过代码示例展示实际应用场景。

一、自定义类型数组的基础操作

#### 1.1 自定义类型的定义

自定义类型（如类、结构体）是数组元素的基础。例如，定义一个`Person`类：

public class Person
{
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }

    public Person(string name, int age)
    {
        Name = name;
        Age = age;
    }

    public override string ToString()
    {
        return $"{Name}, {Age}岁";
    }
}

该类包含`Name`和`Age`属性，并重写了`ToString()`方法以便输出。

#### 1.2 自定义类型数组的声明与初始化

声明自定义类型数组需指定元素类型（如`Person[]`），初始化可通过以下方式：

**方式1：静态初始化（指定元素）**

Person[] people1 = new Person[]
{
    new Person("张三", 25),
    new Person("李四", 30)
};

**方式2：动态初始化（指定长度）**

Person[] people2 = new Person[3];
people2[0] = new Person("王五", 28);
people2[1] = new Person("赵六", 35);

**方式3：简化语法（C# 3.0+）**

var people3 = new[]
{
    new Person("孙七", 22),
    new Person("周八", 40)
};

#### 1.3 数组的基本操作

**访问元素**：通过索引（从0开始）获取或修改元素。

Console.WriteLine(people1[0]); // 输出：张三, 25岁
people1[1].Age = 31; // 修改李四的年龄

**遍历数组**：使用`foreach`或`for`循环。

foreach (var person in people1)
{
    Console.WriteLine(person);
}

for (int i = 0; i

二、Array 类的核心功能

`Array`类是所有数组的基类，提供静态方法操作数组（如排序、搜索、复制等）。

#### 2.1 排序：`Array.Sort()`

**对自定义类型数组排序**需实现`IComparable`接口或传入比较器。

**方式1：实现`IComparable`接口**

public class Person : IComparable
{
    // ...其他代码...
    public int CompareTo(Person other)
    {
        return this.Age.CompareTo(other.Age); // 按年龄升序
    }
}

// 排序
Person[] people = new Person[]
{
    new Person("张三", 25),
    new Person("李四", 20)
};
Array.Sort(people); // 输出：李四, 20岁；张三, 25岁

**方式2：使用`Comparison`委托**

Array.Sort(people, (x, y) => x.Name.CompareTo(y.Name)); // 按姓名升序

#### 2.2 搜索：`Array.BinarySearch()`

二分查找要求数组已排序。返回元素索引，未找到则返回负数。

Array.Sort(people, (x, y) => x.Age.CompareTo(y.Age));
int index = Array.BinarySearch(people, new Person("李四", 20));
Console.WriteLine(index >= 0 ? $"找到：{people[index]}" : "未找到");

#### 2.3 扩容与复制：`Array.Resize()`和`Array.Copy()`

**动态扩容**：`Array.Resize()`创建新数组并复制原数据。

Person[] original = new Person[2];
Array.Resize(ref original, 4); // 扩容至4

**数组复制**：`Array.Copy()`按字节或元素复制。

Person[] source = { new Person("A", 10) };
Person[] destination = new Person[2];
Array.Copy(source, destination, source.Length); // 复制第一个元素

#### 2.4 其他实用方法

**反转数组**：`Array.Reverse()`

Array.Reverse(people);

**转换为列表**：`Array.AsList()`（需通过`ToList()`扩展方法）

using System.Linq;
List list = people.ToList();

三、实际应用场景

#### 3.1 数据处理与统计

统计自定义类型数组中满足条件的元素数量：

int count = people.Count(p => p.Age > 30);
Console.WriteLine($"年龄大于30的人数：{count}");

#### 3.2 多维数组与锯齿数组

**二维数组**：存储表格数据。

Person[,] matrix = new Person[2, 2]
{
    { new Person("A", 20), new Person("B", 21) },
    { new Person("C", 22), new Person("D", 23) }
};

**锯齿数组**：每行长度不同。

Person[][] jagged = new Person[2][]
{
    new Person[] { new Person("X", 30) },
    new Person[] { new Person("Y", 31), new Person("Z", 32) }
};

#### 3.3 性能优化：`ArrayPool`共享池

高频创建/销毁数组时，使用`ArrayPool`减少内存分配：

var pool = ArrayPool.Shared;
Person[] rented = pool.Rent(100); // 租用长度为100的数组
try
{
    // 使用数组...
}
finally
{
    pool.Return(rented); // 归还数组
}

四、常见问题与解决方案

#### 4.1 空引用异常（NullReferenceException）

访问未初始化的数组元素会抛出异常。解决方案：

if (people != null && people.Length > 0)
{
    Console.WriteLine(people[0]);
}

#### 4.2 索引越界（IndexOutOfRangeException）

确保索引在`[0, Length-1]`范围内：

for (int i = 0; i

#### 4.3 排序不稳定问题

自定义比较逻辑时，确保符合业务需求。例如，按姓名排序时处理大小写：

Array.Sort(people, (x, y) => 
    string.Compare(x.Name, y.Name, StringComparison.OrdinalIgnoreCase));

五、总结与扩展

自定义类型数组与`Array`类的结合使用，能高效处理复杂数据。掌握以下要点：

自定义类型的声明与初始化方式。
`Array`类的排序、搜索、复制等核心方法。
多维数组与锯齿数组的适用场景。
性能优化技巧（如`ArrayPool`）。

进一步学习可探索：

`List`与数组的对比选择。
并行处理数组（`Parallel.For`）。
不安全代码中的指针操作数组。

关键词：C#自定义类型数组、Array类、排序算法、数组扩容、多维数组、ArrayPool、索引越界、IComparable接口

简介：本文详细讲解C#中自定义类型数组的声明、初始化与基本操作，结合Array类的排序、搜索、复制等核心功能，通过代码示例展示实际应用场景，并分析常见问题与性能优化技巧，适合C#开发者深入掌握数组的高级用法。

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