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C# 数组（Array）（手把手讲解）

更新时间: 2025-04-02 09:03:35

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在编程世界中，数据的组织与管理是解决问题的核心能力之一。**C# 数组（Array）**作为基础数据结构，就像是程序员手中的“多功能工具箱”——它以简洁高效的方式存储和操作一组相同类型的数据。无论是处理学生成绩、游戏坐标，还是构建复杂算法，数组都是不可或缺的工具。本文将从零开始，通过实例与比喻，带您系统掌握 C# 数组的创建、操作及进阶用法，帮助您在实际开发中灵活运用这一核心概念。

一、数组的基本概念与特性

1.1 什么是数组？

数组可以被比喻为“带编号的抽屉”：每个抽屉（元素）按顺序排列，拥有唯一的编号（索引），并且所有抽屉必须存放相同类型的物品（数据类型）。在 C# 中，数组是一个固定长度的容器，用于存储同一类型的一组值。例如，一个整型数组可以存储多个整数，但无法同时存储字符串或浮点数。

核心特性：

固定长度：创建后无法动态扩容或缩容。
索引访问：通过数字索引（从 0 开始）快速定位元素。
类型统一：所有元素必须是相同的数据类型。

1.2 数组的内存模型

想象一个整齐排列的书架，每个书格（内存地址）对应一个元素。数组在内存中是连续存储的，这意味着访问元素时，计算机可以直接通过索引计算出内存地址，从而实现高效访问。例如，访问第 3 个元素时，只需通过 起始地址 + (索引 × 元素大小) 即可直接定位，无需遍历。

二、声明与初始化数组

2.1 声明数组的语法

声明数组时，需指定元素类型及方括号 []：

int[] scores;  // 声明一个整型数组，但未分配内存空间  
string[] names;

2.2 初始化数组的三种方式

方法一：直接赋值

int[] numbers = new int[5];  // 创建包含 5 个整数的数组，默认值为 0  
numbers[0] = 10;  // 通过索引赋值

方法二：使用简写语法

double[] temperatures = { 36.5, 37.0, 36.8 };  // 自动推断长度为 3

方法三：混合声明与初始化

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

2.3 实例：学生成绩管理

// 声明并初始化一个包含 3 个学生分数的数组  
int[] studentScores = { 95, 88, 92 };  
Console.WriteLine("第一个学生的分数：" + studentScores[0]);  // 输出 95

三、访问与修改数组元素

3.1 索引访问的规则

索引从 0 开始：第一个元素的索引是 0，最后一个元素的索引是 Length - 1。
越界访问：尝试访问不存在的索引（如 numbers[5] 在长度为 3 的数组中）会抛出 IndexOutOfRangeException。

示例代码：

int[] numbers = { 1, 2, 3 };  
Console.WriteLine(numbers[0]);  // 1  
Console.WriteLine(numbers[numbers.Length - 1]);  // 3

3.2 动态修改元素

string[] colors = { "Red", "Green", "Blue" };  
colors[1] = "Yellow";  // 将第二个元素改为 "Yellow"  
Console.WriteLine(colors[1]);  // 输出 "Yellow"

四、遍历数组：逐个访问元素

4.1 使用 for 循环

int[] numbers = { 5, 10, 15, 20 };  
for (int i = 0; i < numbers.Length; i++)  
{  
    Console.WriteLine("索引 " + i + " 的值：" + numbers[i]);  
}

4.2 foreach 循环的优雅写法

foreach (int num in numbers)  
{  
    Console.WriteLine(num);  
}  
// 注意：foreach 无法修改元素值，因为索引不可见

4.3 实战案例：计算平均分

double[] scores = { 85.5, 90.0, 78.5 };  
double sum = 0;  
foreach (double score in scores)  
{  
    sum += score;  
}  
double average = sum / scores.Length;  
Console.WriteLine("平均分：" + average);  // 输出 (85.5+90+78.5)/3 = 84.666...

五、多维数组与交错数组

5.1 多维数组：矩阵的存储

多维数组可以看作“数组的数组”，常用于表示表格或棋盘：

int[,] matrix = new int[2, 3];  // 2 行 3 列的二维数组  
matrix[0, 0] = 1;  // 第一行第一列  
matrix[1, 2] = 6;  // 第二行第三列  

// 遍历二维数组  
for (int row = 0; row < matrix.GetLength(0); row++)  
{  
    for (int col = 0; col < matrix.GetLength(1); col++)  
    {  
        Console.Write(matrix[row, col] + " ");  
    }  
    Console.WriteLine();  
}

5.2 交错数组（Jagged Arrays）

交错数组是“数组的数组”，但每一维的长度可以不同，类似“书架中每个抽屉的大小不同”：

int[][] jagged = new int[3][];  
jagged[0] = new int[] { 1, 2 };  // 第一个元素有 2 个元素  
jagged[1] = new int[] { 3, 4, 5 };  // 第二个元素有 3 个元素

六、数组的局限性与替代方案

6.1 数组的不足

固定长度：创建后无法动态调整大小，若需频繁增删元素，可能效率低下。
类型单一：无法混合存储不同数据类型（如同时包含整数和字符串）。

6.2 替代方案：动态数组 List

List<int> dynamicNumbers = new List<int>();  
dynamicNumbers.Add(10);  // 动态添加元素  
dynamicNumbers.RemoveAt(0);  // 删除元素

七、进阶技巧与常见场景

7.1 数组排序与搜索

int[] numbers = { 3, 1, 4, 1, 5 };  
Array.Sort(numbers);  // 排序后：1, 1, 3, 4, 5  
int index = Array.BinarySearch(numbers, 3);  // 返回索引 2

7.2 复制与合并数组

int[] arr1 = { 1, 2 };  
int[] arr2 = new int[3];  
Array.Copy(arr1, arr2, 2);  // 将 arr1 的前 2 个元素复制到 arr2

八、常见问题解答

Q1：如何获取数组的长度？

int length = numbers.Length;  // 适用于一维数组  
int rows = matrix.GetLength(0);  // 获取二维数组的行数

Q2：如何避免索引越界？

始终在访问前检查索引范围：if (index >= 0 && index < array.Length)。
使用 foreach 循环遍历时，无需手动管理索引。

结论

通过本文，我们系统学习了 C# 数组（Array） 的核心概念、操作方法及应用场景。数组以其高效、简洁的特点，成为处理同质化数据的基石。无论是基础的数据遍历、排序，还是多维数组的复杂结构，掌握数组的底层逻辑与代码实现，将帮助开发者在算法设计、游戏开发、数据处理等领域游刃有余。

当遇到动态需求时，可结合 List<T> 等动态集合类灵活应对。希望本文能成为您 C# 学习路上的“指南针”，助您在代码世界中构建更有序、高效的数据结构！