C# 數組全方位指南：一維、多維、交錯數組與最佳實踐

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數組分類速覽

類型	聲明語法	內存佈局	適用場景
一維數組	`T[]`	連續塊	列表、序列、緩衝區
多維數組 (矩形)	`T[,]`, `T[,,]`	單一連續塊，行優先	矩陣、棋盤、圖像像素
交錯數組	`T[][]`	數組的數組，每行獨立分配	不規則表格、稀疏矩陣、每行長度不同

一維數組

創建與初始化


// 1. 指定長度，默認值填充
string[] arr1 = new string[3]; // [null, null, null]

// 2. 集合初始化器 (推薦)
string[] arr2 = new string[] { "a", "b", "c" };
string[] arr3 = { "x", "y", "z" }; // 簡寫

// 3. 隱式類型 (var)
var arr4 = new[] { 1, 2, 3 }; // int[]

遍歷方式


foreach (var item in arr) { }           // 唯讀遍歷
for (int i = 0; i < arr.Length; i++) { } // 需索引/修改
for (int i = arr.Length - 1; i >= 0; i--) { } // 逆序

多維數組 (Rectangular Array)

聲明與訪問


// 3x3 矩陣
int[,] matrix = new int[3, 3] 
{
    { 1, 2, 3 },
    { 4, 5, 6 },
    { 7, 8, 9 }
};

// 訪問：matrix[row, col]
int center = matrix[1, 1]; // 5

// 獲取維度長度
int rows = matrix.GetLength(0); // 3
int cols = matrix.GetLength(1); // 3
int rank = matrix.Rank;         // 2

遍歷模式


// 行優先 (緩存友好)
for (int r = 0; r < rows; r++)
    for (int c = 0; c < cols; c++)
        Console.Write(matrix[r, c] + " ");

// foreach 遍歷順序同行優先
foreach (int val in matrix) { }

交錯數組

創建 (每行長度可異)


// 先分配行數組
int[][] jagged = new int[2][];
// 再為每行分配列數組
jagged[0] = new int[] { 1, 2, 3, 4 };
jagged[1] = new int[] { 5, 6, 7, 8 };

// 或一步到位
int[][] jagged2 = 
{
    new int[] { 1, 2, 3 },
    new int[] { 4, 5 },
    new int[] { 6, 7, 8, 9 }
};

訪問與遍歷


int val = jagged[1][2]; // 第2行第3列 = 7

// 遍歷：外層行，內層列
for (int r = 0; r < jagged.Length; r++)
{
    for (int c = 0; c < jagged[r].Length; c++)
        Console.Write(jagged[r][c] + " ");
    Console.WriteLine();
}

核心區別：內存與性能

多維數組：單塊內存，訪問需計算偏移 row * cols + col，CLR 有邊界檢查優化，但 GetLength、索引器調用有微小開銷。
交錯數組：每行獨立對象，訪問 arr[row][col] 經過兩次索引器，但 JIT 優化極好，實際往往更快；適合行長度不一、大稀疏矩陣。
Span/Memory：.NET Core 2.1+ 推薦用 Span<T> 切片一維數組模擬多維，避免分配開銷，性能最優。

常用操作 (System.Array / LINQ)


int[] nums = { 5, 2, 9, 1, 5 };

Array.Sort(nums);           // 原地排序: [1,2,5,5,9]
Array.Reverse(nums);        // 反轉
int idx = Array.IndexOf(nums, 5); // 2
int[] copy = new int[nums.Length];
Array.Copy(nums, copy, nums.Length);

// LINQ (需 using System.Linq)
var distinct = nums.Distinct().ToArray();
var even = nums.Where(n => n % 2 == 0).ToArray();
var sum = nums.Sum();

數組與集合轉換


List list = new List { "a", "b" };
string[] arr = list.ToArray();

string[] arr2 = { "x", "y" };
List list2 = new List(arr2);
// 或
List list3 = arr2.ToList();

避坑指南

陷阱	正確做法
數組長度不可變	需動態增減用 `List<T>`，或 `Array.Resize(ref arr, newSize)`
結構體數組修改副本	`arr[i].X = 1` 報錯，需 `var t = arr[i]; t.X = 1; arr[i] = t;` 或改用類
多維數組用 [,] 而非 [][	別寫成 `int[][] m = new int[3][3]` (編譯錯誤)
foreach 中修改元素	不可修改迭代變量，需用 for 循環
大數組在堆上 (LOH)	>85KB 進入大對象堆，頻繁分配導致碎片，考慮 `ArrayPool<T>.Shared` 租用

現代高性能替代：Span<T> / Memory<T>


int[] data = new int[1000];
Span slice = data.AsSpan(100, 200); // 無分配切片
slice.Fill(42); // 高效填充

// 二維邏輯映射到一維 Span
int Width = 100, Height = 100;
Span buffer = new int[Width * Height];
int GetIndex(int x, int y) => y * Width + x;
buffer[GetIndex(10, 20)] = 123;