作为开发者，你肯定已经在你的应用程序中存储了各种各样的集合，比如用户数据、书籍和日志。存储此类数据的一种自然方式是使用数组。然而，你是否考虑过它们的变体？例如，你听说过不规则数组吗？在本章中，你将看到数组的实际应用，包括示例和详细描述。

你可以使用数组来存储许多相同类型的项目，如 int、string，以及用户定义的类或记录。只要记住，在初始化后，数组中的元素数量不能改变。因此，你将无法轻松地在数组末尾添加一个新项目，或者在数组中的给定位置插入一个元素，同时将剩余的项目向前移动一个位置。如果你需要这样的功能，你可以使用另一种数据结构，即列表及其变体，这将在下一章中描述。

在使用C#语言开发应用程序时，你可以利用数组的几种变体，即单维数组、多维数组和不规则数组。在本章中，你还将了解到七种排序算法，分别是选择排序、插入排序、冒泡排序、归并排序、Shell排序、快速排序和堆排序。对于每一种，你将看到一个基于图解的示例、实现代码以及逐步解释。你还将看到它们的性能分析，通过图表展示。

本章将涵盖以下主题：

• 单维数组

• 多维数组

• 不规则数组

• 排序算法

单维数组

让我们从数组中最简单的变体开始，即单维数组。这样的数组存储了一组相同类型的项目，可以通过索引来访问。重要的是要记住，在C#中数组元素的索引是从零开始的。这意味着第一个元素的索引等于0，而最后一个元素的索引等于数组长度减一。

想象一个单维数组

如果你想更好地想象一个单维数组，暂时把目光从这本书上移开，看看你房间里的五斗橱或衣柜。一个标准的五斗橱由几个抽屉组成，单维数组看起来也很相似。它也有几个元素（像抽屉一样），可以通过索引来访问。你不能像改变抽屉数量那样改变数组的大小，因为家具已经准备好了。数组有一个显著的优势，那就是它的所有“抽屉”总是按预期工作。

下面的图中显示了一个单维数组的例子:

它包含五个元素，其值分别为：9, -11, 6, -12, 和 1。第一个元素的索引等于0，而最后一个元素的索引等于4。

要使用一维数组，你需要声明并初始化它。声明非常简单，因为你只需要指定元素类型和一个名称，如下所示：

type[] name;

数组的声明，其中包含整数值，如下所示：

int[] numbers;

到目前为止，你知道如何声明一个数组，但是关于初始化呢？要创建一个有五个元素的数组并将其初始化为默认值，你可以使用new操作符，如下所示：

numbers = new int[5];

当然，你可以在同一行中结合声明和初始化，如下所示：

int[] numbers = new int[5];

不幸的是，目前所有元素都具有默认值——即整数值的情况下为零。因此，你需要设置特定元素的值。你可以使用[]操作符和元素的索引来完成这个操作，如下所示的代码：

numbers[0] = 9;numbers[1] = -11;numbers[2] = 6;numbers[3] = -12;numbers[4] = 1;

此外，你可以使用以下几种方式之一，将数组元素的声明和初始化与特定值结合起来：

int[] numbers = new int[] { 9, -11, 6, -12, 1 };int[] numbers = { 9, -11, 6, -12, 1 };

另一种方法涉及使用集合表达式，如下所示：

int[] numbers = [9, -11, 6, -12, 1];

当你拥有数组内元素的适当值时，你可以使用[]操作符并通过指定索引来获取值，如下行代码所示：

int middle = numbers[2];

在这里，你获取数组numbers中第三个元素（索引等于2）的值，并将其存储为中间变量的值。

数组具有一些在开发应用程序时可能有用的属性。例如，Length属性使得获取数组的大小成为可能，即存储在其中的元素数量。如果你想访问数组中的最后一个项目，无论其大小如何，你可以使用以下代码行：

int last = numbers[numbers.Length - 1];

你可以使用索引运算符来简化如下：

int last = numbers[^1];

值得注意的是，倒数第二个项目可以通过[^2]接收，第三个可以通过[^3]接收，以此类推。

另一个属性名为Rank，返回数组的维度数量。这个属性的使用示例如下一行代码所示：

int rank = numbers.Rank;

除了已经提到的属性之外，你还可以使用Array类的一系列静态方法，比如Exists，来检查数组中是否有任何元素匹配给定的谓词。例如，你可以轻松验证数组是否包含任何值大于零的元素，如下所示：

bool anyPositive = Array.Exists(numbers, e => e > 0);

除了其他方法，你可以使用TrueForAll来检查所有元素是否满足提供的谓词，例如确保数组中没有零：

bool noZeros = Array.TrueForAll(numbers, e => e != 0);

你也可以获取第一个匹配谓词的元素。举个例子，让我们使用Find方法来获取第一个小于零的数字的值：

int firstNegative = Array.Find(numbers, e => e < 0);

如果你想要得到一个包含所有满足给定条件的元素的新数组，你可以使用FindAll方法。以下代码展示了如何获取所有负数：

int[] negatives = Array.FindAll(numbers, e => e < 0);

当你不想指定谓词，只是想检查数组是否包含给定元素时，你可以使用IndexOf方法，它会返回找到的第一个值的索引，如果没有找到则返回-1:

int index = Array.IndexOf(numbers, -12);

另一个有趣的静态方法是ForEach。它允许你对数组中的所有元素执行一些操作。例如，你可以使用它将每个数组元素的绝对值写入控制台，如下所示的代码：

Array.ForEach(numbers,  e => Console.WriteLine(Math.Abs(e)));

正如你所见，即使是对于像单维数组这样简单的数据结构，你也有许多有用的内置功能。让我们继续学习它们，并看看接下来的两个方法，即 Reverse 和 Sort。顾名思义，第一个允许你反转元素的顺序，无论是整个数组还是仅在某个范围内。这在下面的代码行中有所体现，它反转了前三个元素：

Array.Reverse(numbers, 0, 3);

排序方法有更多变体。在其最简单的形式中，它会排序整个数组。运行以下代码后，你会得到一个数组，其元素从小到大排序:

Array.Sort(numbers);

如果你想用相同的值填充整个数组，或者填充一系列元素的相同值，你可以使用一个for循环，简单地遍历适当的索引并赋给一个给定的值。然而，你也可以使用Fill方法。以下这行代码将3作为数组所有元素的值。

Array.Fill(numbers, 3);

我们可以使用的另一种方法是Clear，它使得清除整个数组或其元素的范围成为可能。例如，你可以使用以下代码行将整个数组填充为整数类型的默认值，即零：

Array.Clear(numbers);

现在，让我们来看看Copy函数，它从源数组复制一系列元素到目标数组。你可以使用几种变体中的一个，比如指定两个数组的索引。举个例子，让我们从numbers数组（作为源数组）复制3个元素（以长度指定），从第一个元素开始（源索引设置为0），并将它们放置在subarray数组中，从第一个元素开始（目标索引设置为0）：//

int[] subarray = new int[3];Array.Copy(numbers, 0, subarray, 0, 3);

我们已经介绍了一些可用的属性和方法，但值得一提的还有一些扩展方法，比如Contains和Max。

你听说过扩展方法吗？

如果没有，可以把它们想象成是“添加”到特定现有类型（无论是内置的还是用户定义的）的方法，并且可以像定义为实例方法时一样直接调用它们。扩展方法的声明需要你在静态类中指定它作为一个静态方法，并且第一个参数使用this关键字来指示你想要“添加”这个方法的类型。

你可以使用Contains扩展方法来检查数组是否包含作为参数传递的元素。作为示例，让我们学习如何确保numbers数组包含6作为其元素之一：

bool contains = numbers.Contains(6);

Contains方法并不是唯一可用的扩展方法。在其他方法中，你可以找到All和Any。第一个（All）检查所有元素是否符合给定的谓词，而另一个（Any）验证是否至少有一个元素满足条件。你可以使用它们来确保数组中没有零，并检查是否至少有一个正数元素，如下所示：

bool noZeros = numbers.All(n => n != 0);bool anyPositive = numbers.Any(n => n > 0);

你将如何找到数组中的最小值或最大值？你可能会遍历所有元素，并检查每个元素是否比已经找到的最小值或最大值更小（寻找最小值时）或更大（寻找最大值时）。如果这是你的解决方案，你是正确的，这是一个解决问题的好方法。然而，你可以通过使用Min和Max扩展方法来使你的代码更简洁，如下所示：

int min = numbers.Min();int max = numbers.Max();

挺简单的，对吧？我们再来看看Average和Sum方法，它们可以轻松计算出所有元素的平均值以及它们的总和：

double avg = numbers.Average();int sum = numbers.Sum();

在对一维数组进行了简短的介绍之后，现在是时候看看如何在现实场景中应用这样的数组了。

示例 - 月份名称

为了总结您对一维数组所学到的知识，让我们使用一个数组来存储用英文写的月份名称。这些名称应该自动获取，而不是在代码中硬编码。

using System.Globalization;CultureInfo culture = new("en");string[] months = new string[12];for (int month = 1; month <= 12; month++){    DateTime firstDay = new(DateTime.Now.Year, month, 1);    string name = firstDay.ToString("MMMM", culture);    months[month - 1] = name;}foreach (string m in months){    Console.WriteLine(m);}

首先，您需要创建一个新的CultureInfo类实例（来自System.Globalization命名空间），将"en"作为参数传递，以便稍后获取英文月份名称。然后，声明一个新的单维数组并用默认值进行初始化。它包含12个元素，用于存储一年中所有月份的名称。然后，使用for循环遍历所有月份的数字——即从1到12。对于每一个数字，都会创建一个表示当前年份中特定月份第一天的DateTime实例。

通过在DateTime实例上调用ToString方法，并传入正确的日期格式（MMMM）以及指定文化信息，可以获取月份的名称。然后，使用[]操作符和元素的索引来将名称存储在数组中。值得注意的是，索引等于月份变量的当前值减一。这种减法是必要的，因为数组的第一个元素的索引等于零，而不是一。

代码的下一个有趣部分是foreach循环，它遍历数组中的所有元素。对于每一个元素，都会在控制台中显示月份的名称:

JanuaryFebruary (...)December

如前所述，单维数组并不是唯一可用的变体。在接下来的部分，你将学习更多关于多维数组的知识。