CLR 筆記：陣列完整指南——從基礎到高效能存取

陣列基礎

CLR 支援一維、多維、交錯陣列。宣告不指定長度；new 時指定長度。Array 型別宣告較靈活但非型別安全；String[] 型別安全。所有陣列隱式繼承 System.Array（繼承自 System.Object），故陣列為引用類型。

• 值類型陣列 new 時建立實際物件，元素初始化為 0。
• 引用類型陣列 new 時僅建立參考，不建立實際物件。
• CLS 要求零基陣列。
• 每個陣列關聯額外資訊（Overhead）。
• JIT 僅在迴圈執行前檢查一次邊界，非每次迭代皆檢查。

13.1 陣列型別轉換

• 引用類型陣列：維度相同，且源元素類型到目標元素類型存在隱式（向基底轉）或顯式（向衍生轉）轉換。
• 值類型陣列：不可轉換為其他任何類型——改用 Array.Copy。Array.Copy 復制時可進行必要型別轉換：值類型裝箱、引用類型拆箱、基元類型擴寬、不相容類型向下轉換。
• 陣列協變性：轉換會有效能損失，執行期可能報錯（如 Object[] oa = new String[100]; oa[3] = 1; 拋出例外）。
• 僅需複製元素時，可用 System.Buffer.BlockCopy（僅支援基元類型，無轉型能力，速度較快）。

13.3 陣列隱式實作介面

• 一維零基引用類型陣列自動實作 IEnumerable<T>、ICollection<T>、IList<T>，並為所有基底類型 B 實作對應介面（如 FileStream[] 可傳給 IList<Stream>）。
• 一維零基值類型陣列僅為自身類型 T 實作上述介面，不為基底類型實作（如 DateTime[] 不可傳給 IEnumerable<Object>）。

13.4 陣列傳遞與回傳

Array.Copy 為淺層複製。陣列宜用零長度而非 null。

13.5 非零基陣列

使用 Array.CreateInstance 多載指定元素類型、維度、下界、各維長度。可用 GetLowerBound/GetUpperBound 取得邊界。一維陣列可用 GetValue/SetValue 操作（較慢）。

13.6 陣列存取效能

• 一維零基陣列型別如 String[]；非零基為 String[*]；多維陣列皆為 String[,]（執行期視為非零基）。
• 一維零基陣列存取最快：有專用 IL 指令（無需減去偏移量），JIT 將索引範圍檢查移出迴圈僅執行一次。
• for 迴圈中 Length 屬性經 JIT 快取，不重複計算。將 Length 存入區域變數反而損害效能。
• 非零基/多維陣列每次迭代皆檢查範圍並減去下界，效能較差。

提升效能兩招： 用交錯陣列取代多維陣列；用非安全程式碼存取非零基陣列（關閉邊界檢查，僅限基元值類型）。文中附非安全存取二維陣列完整範例。

13.7 非安全陣列與內嵌陣列

• 非安全陣列可存取託管堆、非託管堆、執行緒堆疊上的陣列。
• 效能優先時，避免堆上配置，改用 stackalloc 在執行緒堆疊配置（僅限一維零基值類型陣列，且值類型不可含引用類型）。範例：stackalloc 反轉字串。
• 結構中內嵌陣列需：unsafe 標記結構、fixed 標記欄位、一維零基、基元值類型。範例：fixed Char Characters[20] 反轉字串。