详解c#索引(Index)和范围(Range)

范围和索引为访问序列中的单个元素或范围提供了简洁的语法。

在本教程中，你将了解：

对某个序列中的范围使用该语法。

了解每个序列开头和末尾的设计决策。

了解 Index 和 Range 类型的应用场景。

对索引和范围的语言支持

此语言支持依赖于两个新类型和两个新运算符：

System.Index 表示一个序列索引。

来自末尾运算符 ^ 的索引，指定一个索引与序列末尾相关。

System.Range 表示序列的子范围。

范围运算符 ..，用于指定范围的开始和末尾，就像操作数一样。

让我们从索引规则开始。请考虑数组 sequence。 0 索引与 sequence[0] 相同。 ^0 索引与 sequence[sequence.Length] 相同。表达式 sequence[^0] 不会引发异常，就像 sequence[sequence.Length] 一样。对于任何数字 n，索引 ^n 与 sequence[sequence.Length - n] 相同。

string[] words = new string[] { // index from start index from end 'The', // 0 ^9 'quick', // 1 ^8 'brown', // 2 ^7 'fox', // 3 ^6 'jumped', // 4 ^5 'over', // 5 ^4 'the', // 6 ^3 'lazy', // 7 ^2 'dog' // 8 ^1 }; // 9 (or words.Length) ^0

可以使用 ^1 索引检索最后一个词。在初始化下面添加以下代码：

Console.WriteLine($'The last word is {words[^1]}');

范围指定范围的开始和末尾。范围是排除的，也就是说“末尾”不包含在范围内。范围 [0..^0] 表示整个范围，就像 [0..sequence.Length] 表示整个范围。

以下代码创建了一个包含单词“quick”、“brown”和“fox”的子范围。它包括 words[1] 到 words[3]。元素 words[4] 不在该范围内。将以下代码添加到同一方法中。将其复制并粘贴到交互式窗口的底部。

string[] quickBrownFox = words[1..4]; foreach (var word in quickBrownFox) Console.Write($'< {word} >'); Console.WriteLine();

以下代码使用“lazy”和“dog”返回范围。它包括 words[^2] 和 words[^1]。结束索引 words[^0] 不包括在内。同样添加以下代码：

string[] lazyDog = words[^2..^0]; foreach (var word in lazyDog) Console.Write($'< {word} >'); Console.WriteLine();

下面的示例为开始和/或结束创建了开放范围：

string[] allWords = words[..]; // contains 'The' through 'dog'. string[] firstPhrase = words[..4]; // contains 'The' through 'fox' string[] lastPhrase = words[6..]; // contains 'the, 'lazy' and 'dog' foreach (var word in allWords) Console.Write($'< {word} >'); Console.WriteLine(); foreach (var word in firstPhrase) Console.Write($'< {word} >'); Console.WriteLine(); foreach (var word in lastPhrase) Console.Write($'< {word} >'); Console.WriteLine();

还可以将范围或索引声明为变量。然后可以在 [ 和 ] 字符中使用该变量：

Index the = ^3; Console.WriteLine(words[the]); Range phrase = 1..4; string[] text = words[phrase]; foreach (var word in text) Console.Write($'< {word} >'); Console.WriteLine();

下面的示例展示了使用这些选项的多种原因。请修改 x、y 和 z 以尝试不同的组合。在进行实验时，请使用 x 小于 y且 y 小于 z 的有效组合值。在新方法中添加以下代码。尝试不同的组合：

int[] numbers = Enumerable.Range(0, 100).ToArray(); int x = 12; int y = 25; int z = 36; Console.WriteLine($'{numbers[^x]} is the same as {numbers[numbers.Length - x]}'); Console.WriteLine($'{numbers[x..y].Length} is the same as {y - x}'); Console.WriteLine('numbers[x..y] and numbers[y..z] are consecutive and disjoint:'); Spanx_y = numbers[x..y]; Spany_z = numbers[y..z]; Console.WriteLine($'\tnumbers[x..y] is {x_y[0]} through {x_y[^1]}, numbers[y..z] is {y_z[0]} through {y_z[^1]}'); Console.WriteLine('numbers[x..^x] removes x elements at each end:'); Spanx_x = numbers[x..^x]; Console.WriteLine($'\tnumbers[x..^x] starts with {x_x[0]} and ends with {x_x[^1]}'); Console.WriteLine('numbers[..x] means numbers[0..x] and numbers[x..] means numbers[x..^0]'); Spanstart_x = numbers[..x]; Spanzero_x = numbers[0..x]; Console.WriteLine($'\t{start_x[0]}..{start_x[^1]} is the same as {zero_x[0]}..{zero_x[^1]}'); Spanz_end = numbers[z..]; Spanz_zero = numbers[z..^0]; Console.WriteLine($'\t{z_end[0]}..{z_end[^1]} is the same as {z_zero[0]}..{z_zero[^1]}');

索引和范围的类型支持

索引和范围提供清晰、简洁的语法来访问序列中的单个元素或元素的范围。索引表达式通常返回序列元素的类型。范围表达式通常返回与源序列相同的序列类型。

若任何类型提供带 Index 或 Range 参数的索引器，则该类型可分别显式支持索引或范围。采用单个 Range 参数的索引器可能会返回不同的序列类型，如 System.Span。

重要

使用范围运算符的代码的性能取决于序列操作数的类型。

范围运算符的时间复杂度取决于序列类型。例如，如果序列是 string 或数组，则结果是输入中指定部分的副本，因此，时间复杂度为 O(N)（其中 N 是范围的长度）。另一方面，如果它是 System.Span或 System.Memory，则结果引用相同的后备存储，这意味着没有副本且操作为 O(1)。

除了时间复杂度外，这还会产生额外的分配和副本，从而影响性能。在性能敏感的代码中，考虑使用 Span或 Memory作为序列类型，因为不会为其分配范围运算符。

若类型包含名称为 Length 或 Count 的属性，属性有可访问的 Getter 并且其返回类型为 int，则此类型为可计数类型。**** 不显式支持索引或范围的可计数类型可能为它们提供隐式支持。有关详细信息，请参阅功能建议说明的隐式索引支持和隐式范围支持部分。使用隐式范围支持的范围将返回与源序列相同的序列类型。

例如，以下 .NET 类型同时支持索引和范围：String、Span和 ReadOnlySpan。 List支持索引，但不支持范围。

Array 具有更多的微妙行为。单个维度数组同时支持索引和范围。多维数组则不支持。多维数组的索引器具有多个参数，而不是一个参数。交错数组（也称为数组的数组）同时支持范围和索引器。下面的示例演示如何循环访问交错数组的矩形子节。它循环访问位于中心的节，不包括前三行和后三行，以及每个选定行中的前两列和后两列：

在所有情况下，Array 的范围运算符都会分配一个数组来存储返回的元素。

索引和范围的应用场景

要分析较大序列的一部分时，通常会使用范围和索引。在准确读取所涉及的序列部分这一方面，新语法更清晰。本地函数 MovingAverage 以 Range 为参数。然后，该方法在计算最小值、最大值和平均值时仅枚举该范围。在项目中尝试以下代码：

int[] sequence = Sequence(1000); for(int start = 0; start < sequence.Length; start += 100) { Range r = start..(start+10); var (min, max, average) = MovingAverage(sequence, r); Console.WriteLine($'From {r.Start} to {r.End}: \tMin: {min},\tMax: {max},\tAverage: {average}'); } for (int start = 0; start < sequence.Length; start += 100) { Range r = ^(start + 10)..^start; var (min, max, average) = MovingAverage(sequence, r); Console.WriteLine($'From {r.Start} to {r.End}: \tMin: {min},\tMax: {max},\tAverage: {average}'); } (int min, int max, double average) MovingAverage(int[] subSequence, Range range) => ( subSequence[range].Min(), subSequence[range].Max(), subSequence[range].Average() ); int[] Sequence(int count) => Enumerable.Range(0, count).Select(x => (int)(Math.Sqrt(x) * 100)).ToArray();

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