无私分享(C#高级编程第6版doc)第05章 数组.doc

目 录第5章 数 组25.1 简单数组25.1.1 数组的声明25.1.2 数组的初始化25.1.3 访问数组元素35.1.4 使用引用类型35.2 多维数组45.3 锯齿数组55.4 Array类65.4.1 属性65.4.2 创建数组75.4.3 复制数组75.4.4 排序95.5 数组和集合接口115.5.1 IEumerable接口115.5.2 ICollection接口115.5.3 IList接口115.6 枚举125.6.1 IEnumerator接口125.6.2 foreach语句135.6.3 yield语句135.7 小结17第5章 数 组如果需要使用同一类型的多个对象，就可以使用集合和数组。C#用特殊的记号声明和使用数组。Array类在后台发挥作用，为数组中元素的排序和过滤提供了几个方法。使用枚举器，可以迭代数组中的所有元素。本章讨论如下内容：简单数组多维数组锯齿数组Array类数组的接口枚举5.1 简单数组如果需要使用同一类型的多个对象，就可以使用数组。数组是一种数据结构，可以包含同一类型的多个元素。5.1.1 数组的声明在声明数组时，应先定义数组中元素的类型，其后是一个空方括号和一个变量名。例如，下面声明了一个包含整型元素的数组：int myArray;5.1.2 数组的初始化声明了数组后，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。下面指定了数组的大小。提示：值类型和引用类型请参见第3章。myArray = new int4;在声明和初始化后，变量myArray就引用了4个整型值，它们位于托管堆上，如图5-1所示。图 5-1警告：在指定了数组的大小后，如果不复制数组中的所有元素，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。集合请参见第10章。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 int4;还可以使用数组初始化器为数组的每个元素赋值。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 int4 4, 7, 11, 2;如果用花括号初始化数组，还可以不指定数组的大小，因为编译器会计算出元素的个数：int myArray = new int 4, 7, 11, 2;使用C#编译器还有一种更简化的形式。使用花括号可以同时声明和初始化数组，编译器生成的代码与前面的例子相同：int myArray = 4, 7, 11, 2;5.1.3 访问数组元素数组在声明和初始化后，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。提示：在定制的类中，可以创建支持其他类型的索引器。创建定制索引器的内容请参见第6章。通过索引器传送元素号，就可以访问数组。索引器总是以0开头，表示第一个元素。可以传送给索引器的最大值是元素个数减1，因为索引从0开始。在下面的例子中，数组myArray用4个整型值声明和初始化。用索引器0、1、2、3就可以访问该数组中的元素。int myArray = new int 4, 7, 11, 2;int v1 = myArray0; / read first elementint v2 = myArray1; / read second elementmyArray3 = 44; / change fourth element警告：如果使用错误的索引器值（不存在对应的元素），就会抛出IndexOutOfRangeException类型的异常。如果不知道数组中的元素个数，则可以在for语句中使用Length属性：for (int i = 0; i myArray.Length; i+)Console.WriteLine(myArrayi);除了使用for语句迭代数组中的所有元素之外，还可以使用foreach语句：for (int val in myArray)Console.WriteLine(val);提示：foreach语句利用了本章后面讨论的IEnumerable和IEnumerator接口。5.1.4 使用引用类型不但能声明预定义类型的数组，还可以声明定制类型的数组。下面用Person类来说明，这个类有两个构造函数、自动实现的属性Firstname和Lastname、以及ToString()方法的一个重写：public class Personpublic Person()public Person(string firstName, string lastName)this. firstname = firstName;this.lastname = lastName;public string Firstname get; set; public string Lastname get; set; public override string ToString()return String.Format(0 1, firstName, lastName);声明一个包含两个Person元素的数组，与声明一个int数组类似：Person myPersons = new Person2;但是必须注意，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。若使用了数组中未分配内存的元素，就会抛出NullReferenceException类型的异常。提示：第14章介绍了错误和异常的详细内容。使用从0开始的索引器，可以为数组的每个元素分配内存：myPersons 0 = new Person(Ayrton, Senna);myPersons 1 = new Person(Michael, Schumacher);图5-2显示了Person数组中的对象在托管堆中的情况。myPersons是一个存储在堆栈上的变量，该变量引用了存储在托管堆上的Person元素数组。这个数组有足够容纳两个引用的空间。数组中的每一项都引用了一个Person对象，而这些Person对象也存储在托管堆上。图 5-2与int类型一样，也可以对定制类型使用数组初始化器：Person myPersons = new Person(Ayrton, Senna),new Person(Michael, Schumacher) ;5.2 多维数组一般数组（也称为一维数组）用一个整数来索引。多维数组用两个或多个整数来索引。图5-3是二维数组的数学记号，该数组有三行三列。第一行的值是1、2和3，第三行的值是7、8和9。图 5-3在C#中声明这个二维数组，需要在括号中加上一个逗号。数组在初始化时应指定每一维的大小（也称为阶）。接着，就可以使用两个整数作为索引器，来访问数组中的元素了：int, twodim = new int3, 3;twodim0,0 = 1;twodim0,1 = 2;twodim0,2 = 3;twodim1,0 = 4;twodim1,1 = 5;twodim1,2 = 6;twodim2,0 = 7;twodim2,1 = 8;twodim2,2 = 9;提示：数组声明之后，就不能修改其阶数了。如果事先知道元素的值，也可以使用数组索引器来初始化二维数组。在初始化数组时，使用一个外层的花括号，每一行用包含在外层花括号中的内层花括号来初始化。int, twodim = 1, 2, 3,4, 5, 6,7, 8, 9,;提示：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。在花括号中使用两个逗号，就可以声明一个三维数组：int, threedim = 1, 2, 3, 4 , 5, 6, 7, 8 , 9, 10, 11, 12 ,;Console.WriteLine(threedim0,1,1);5.3 锯齿数组二维数组的大小是矩形的，例如33个元素。而锯齿数组的大小设置是比较灵活的，在锯齿数组中，每一行都可以有不同的大小。图5-4比较了有33个元素的二维数组和锯齿数组。图中的锯齿数组有3行，第一行有2个元素，第二行有6个元素，第三行有3个元素。图 5-4在声明锯齿数组时，要依次放置开闭括号。在初始化锯齿数组时，先设置该数组包含的行数。定义各行中元素个数的第二个括号设置为空，因为这类数组的每一行包含不同的元素数。之后，为每一行指定行中的元素个数：int jagged = new int3;jagged0 = new int2 1, 2;jagged1 = new int6 3, 4, 5, 6, 7, 8;jagged2 = new int3 9, 10, 11;迭代锯齿数组中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，内层的for循环迭代一行中的每个元素：for ( int row = 0; row jagged.Length; row+)for ( int element = 0; element jaggedrow.Length; element+)Console.WriteLine(row: 0, element: 1, value: 2,row, element, jaggedrow.element);该迭代显示了所有的行和每一行中的各个元素：row: 0, element: 0, value: 1row: 0, element: 1, value: 2row: 1, element: 0, value: 3row: 1, element: 1, value: 4row: 1, element: 2, value: 5row: 1, element: 3, value: 6row: 1, element: 4, value: 7row: 1, element: 5, value: 8row: 2, element: 1, value: 9row: 2, element: 2, value: 10row: 2, element: 3, value: 115.4 Array类用括号声明数组是C#中使用Array类的记号。在后台使用C#语法，会创建一个派生于抽象基类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。例如，前面就使用了Length属性，还使用foreach语句迭代数组。其实这是使用了Array类中的GetEnumerator()方法。5.4.1 属性Array类包含的如下属性可以用于每个数组实例。本章后面还将讨论其他更多的属性。表 5-1属 性说 明LengthLength属性返回数组中的元素个数。如果是一个多维数组，该属性会返回所有阶的元素个数。如果需要确定一维中的元素个数，则可以使用GetLength()方法LongLengthLength属性返回int值，而LongLength属性返回long值。如果数组包含的元素个数超出了32位int值的取值范围，就需要使用LongLength属性，来获得元素个数Rank使用Rank属性可以获得数组的维数5.4.2 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。但除了可以使用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，就可以使用该静态方法，因为类型可以作为Type对象传送给CreateInstance()方法。下面的例子说明了如何创建类型为int、大小为5的数组。CreateInstance()方法的第一个参数应是元素的类型，第二个参数定义数组的大小。可以用SetValue()方法设置值，用GetValue()方法读取值：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);还可以将已创建的数组强制转换成声明为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不基于0的数组。下面的例子就创建了一个包含23个元素的二维数组。第一维基于1，第二维基于0：int lengths = 2, 3;int lowerBounds = 1, 10;Array racers = Array.CreateInstance(typeof(Person), lengths, lowerBounds);SetValue()方法设置数组的元素，其参数是每一维的索引：racers.SetValue(new Person(Alain, Prost), 1, 10);racers.SetValue(new Person(Emerson, Fittipaldi), 1, 11);racers.SetValue(new Person(Ayrton, Senna), 1, 12);racers.SetValue(new Person(Ralf, Schumacher), 2, 10);racers.SetValue(new Person(Fernando, Alonso), 2, 11);racers.SetValue(new Person(Jenson, Button), 2, 12);尽管数组不是基于0的，但可以用一般的C#记号将它赋予一个变量。只需注意不要超出边界即可：Person, racers2 = (Person,) racers;Person first = racers21, 10;Person last = racers22, 12;5.4.3 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，就会得到两个指向同一数组的变量。而复制数组，会使数组实现ICloneable接口。这个接口定义的Clone()方法会创建数组的浅副本。如果数组的元素是值类型，就会复制所有的值，如图5-5所示：int intArray1 = 1, 2;int intArray2 = (int)intArray1.Clone();图 5-5如果数组包含引用类型，则不复制元素，而只复制引用。图5-6 显示了变量beatles和beatlesClone，其中beatlesClone是通过在beatles上调用Clone()方法来创建的。beatles和beatlesClone引用的Person对象是相同的。如果修改beatlesClone中一个元素的属性，就会改变beatles中的对应对象。Person beatles = new Person(John, Lennon),new Person(Paul, McCartney),;Person beatlesClone = (Person)beatles.Clone();图 5-6除了使用Clone()方法之外，还可以使用Array.Copy()方法创建浅副本。但Clone()方法和Copy()方法有一个重要区别：Clone()方法会创建一个新数组，而Copy()方法只是传送了阶数相同、有足够元素空间的已有数组。提示：如果需要包含引用类型的数组的深副本，就必须迭代数组，创建新对象。5.4.4 排序Array类实现了对数组中元素的冒泡排序。Sort()方法需要数组中的元素实现IComparable接口。简单类型，如System.String和System.Int32实现了IComparable接口，所以可以对包含这些类型的元素排序。在示例程序中，数组name包含string类型的元素，这个数组是可以排序的。String names = Christina Aguillera,Shakira,Beyonce,Gwen Stefani;Array.Sort(names);foreach (string name in names)Console.WriteLine(name);该应用程序的输出是排好序的数组：BeyonceChristina AguilleraGwen StefaniShakira如果修改Person类，使之执行IComparable接口。对LastName的值进行比较。LastName是string类型，而String类已经实现了IComparable接口，所以可以使用String类中CompareTo()方法的实现代码。如果LastName的值相同，就比较FirstName：public class Person : IComparablepublic int CompareTo(object obj)Person other = obj as Person;int result = this.LastName.CompareTo(other.LastName);if (result = 0)result = this.FirstName.CompareTo(other.FirstName);return result;/现在可以按照姓氏对Person对象数组排序了：Person persons = new Person(Emerson, Fittipaldi),new Person(Niki, Lauda),new Person(Ayrton, Senna),new Person(Michael, Schumacher),;Array.Sort (persons);foreach (Person p in persons)Console.WriteLine(p);使用Person类的排序功能，会得到按姓氏排序的姓名：Emerson FittipaldiNiki LaudaMichael SchumacherAyrton Senna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，就可以执行IComparer接口。这个接口定义了方法Compare()。IComparable接口必须由要比较的类来执行，而IComparer接口独立于要比较的类。这就是Compare()方法定义了两个要比较的变元的原因。其返回值与IComparable接口的CompareTo()方法类似。类PersonComparer实现了IComparer接口，可以按照firstName或lastName对Person对象排序。枚举PersonCompareType定义了与PersonComparer相当的排序选项：FirstName和LastName。排序的方式由类PersonComparer的构造函数定义，在该构造函数中设置了一个PersonCompareType值。Compare()方法用一个switch语句指定是按firstName还是lastName排序。public class PersonComparer : IComparerpublic enum PersonCompareType FirstName,LastName private PersonCompareType compareType; public PersonComparer(PersonCompareType compareType)this. compareType = compareType;public int Compare(object x, object y)Person p1 = x as Person;Person p1 = y as Person;Switch (compareType)case PersonCompareType.FirstName:return p1. FirstName. CompareTo(p2. FirstName);case PersonCompareType.LastName:return p1. LastName. CompareTo(p2. LastName);default:throw new ArgumentException(unexpexted compare type)现在，可以将一个PersonComparer对象传送给Array.Sort()方法的第二个变元。下面是按名字对persons数组排序：Array.Sort(persons,new PersonComparer(PersonComparer. PersonCompareType.FirstName);foreach (Person p in persons)Console.WriteLine(p);persons数组现在按名字排序：Ayrton SennaEmerson FittipaldiMichael SchumacherNiki Lauda提示：Array类还提供了Sort方法，它需要将一个委托作为变元。第7章将介绍如何使用委托。5.5 数组和集合接口Array类实现了IEumerable、ICollection和IList接口，以访问和枚举数组中的元素。由于用定制数组创建的类派生于Array抽象类，所以能使用通过数组变量执行的接口中的方法和属性。5.5.1 IEumerable接口IEumerable是由foreach语句用于迭代数组的接口。这是一个非常特殊的特性，在下一节中讨论。5.5.2 ICollection接口ICollection接口派生于IEumerable接口，并添加了如表5-2所示的属性和方法。这个接口主要用于确定集合中的元素个数，或用于同步。表 5-2ICollection接口的属性和方法说 明CountCount属性可确定集合中的元素个数，它返回的值与Length属性相同IsSynchronizedSyncRootIsSynchronized属性确定集合是否是线程安全的。对于数组，这个属性总是返回false。对于同步访问，SyncRoot属性可以用于线程安全的访问。第19章介绍了线程和同步，探讨了如何用集合实现线程安全性CopyTo()利用CopyTo()方法可以将数组的元素复制到现有的数组中。它类似于静态方法Array.Copy()5.5.3 IList接口IList接口派生于ICollection接口，并添加了下面的属性和方法。Array类实现IList接口的主要原因是，IList接口定义了Item属性，以使用索引器访问元素。IList接口的许多其他成员是通过Array类抛出NotSupportedException异常实现的，因为这些不应用于数组。IList接口的所有属性和方法如表5-3所示。表 5-3IList 接 口说 明Add()Add()方法用于在集合中添加元素。对于数组，该方法会抛出NotSupportedException异常Clear()Clear()方法可清除数组中的所有元素。值类型设置为0，引用类型设置为nullContains()Contains()方法可以确定某个元素是否在数组中。其返回值是true或false。这个方法会对数组中的所有元素进行线性搜索，直到找到所需元素为止IndexOf()IndexOf()方法与Contains()方法类似，也是对数组中的所有元素进行线性搜索。不同的是，IndexOf()方法会返回所找到的第一个元素的索引Insert()Remove()RemoveAt()对于集合，Insert()方法用于插入元素，Remove()和RemoveAt()可删除元素。对于数组，这些方法都抛出NotSupportedException异常IsFixedSize数组的大小总是固定的，所以这个属性总是返回trueIsReadOnly数组总是可以读/写的，所以这个属性返回false。第10章将介绍如何从数组中创建只读属性ItemItem属性可以用整型索引访问数组5.6 枚举在foreach语句中使用枚举，可以迭代集合中的元素，且无需知道集合中的元素个数。图5-7显示了调用foreach方法的客户机和集合之间的关系。数组或集合执行带GetEumerator()方法的IEumerable接口。GetEumerator()方法返回一个执行IEumerable接口的枚举。接着，foreach语句就可以使用IEumerable接口迭代集合了。图 5-7提示：GetEnumerator()方法用IEnumerable接口定义。foreach语句并不真的需要在集合类中执行这个接口。有一个名为GetEnumerator()的方法，返回实现了IEnumerator接口的对象就足够了。5.6.1 IEnumerator接口foreach语句使用IEnumerator接口的方法和属性，迭代集合中的所有元素。这个接口中的属性和方法如表5-4所示。表 5-4IEnumerator接口的方法和属性说 明MoveNext()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falseCurrent属性Current返回光标所在的元素Reset()Reset()方法将光标重新定位于集合的开头。许多枚举会抛出NotSupportedException异常5.6.2 foreach语句C#的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IEnumerable接口的方法和属性。下面是一个简单的foreach语句，它迭代persons数组中的所有元素，并逐个显示它们：foreach (Person p in persons)Console.WriteLine(p);foreach语句会解析为下面的代码段。首先，调用GetEnumerator()方法，获得数组的一个枚举。在while循环中- 只要MoveNext()返回true- 用Current属性访问数组中的元素：IEnumerator enumerator = persons. GetEnumerator();while (enumerator.MoveNext()Person p = (Person) enumerator.Current;Console.WriteLine(p);5.6.3 yield语句C# 1.0使用foreach语句可以轻松地迭代集合。在C# 1.0中，创建枚举器仍需要做大量的工作。C# 2.0添加了yield语句，以便于创建枚举器。yield return语句返回集合的一个元素，并移动到下一个元素上。yield break可停止迭代。下面的例子是用yield return语句实现一个简单集合的代码。类HelloCollection包含GetEnumerator()方法。该方法的实现代码包含两个yield return语句，它们分别返回字符串Hello和World。using System;using System.Collection;namespace Wrox.ProCSharp.Arrayspublic class HelloCollectionpublic IEumerator GetEumerator()yield return Hello;yield return World; 警告：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。这个块可以包含多个yield return语句或yield break语句，但不能包含return语句。现在可以用foreach语句迭代集合了：public class Program HelloCollection helloCollection = new HelloCollection();foreach (string s in helloCollection)Console.WriteLine(s);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，如下面的代码所示。yield 类型执行IEnumerator和IDisposable接口的属性和方法。在下面的例子中，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，设置了current变量的值，使Current属性根据位置返回一个对象。public class HelloCollection public IEnumerator GetEnumerator()Enumerator enumerator = new Enumerator();return enumerator; public class Enumerator : IEnumerator, IDisposableprivate int state;private object 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.Collections.IEnumerator.Re