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1. 數(shù)組大局觀
數(shù)組是一個(gè)引用類型，也就是意味著數(shù)組的內(nèi)存分配在托管堆上，并且我們?cè)跅Ｉ暇S護(hù)的是他的指針而并非真正的數(shù)組。接下來我們分析下數(shù)組的元素，其中的元素?zé)o外乎是引用類型和值類型。當(dāng)數(shù)組中的元素是值類型時(shí)，不同于int i；這樣的代碼。數(shù)組會(huì)根據(jù)數(shù)組的大小自動(dòng)把元素的值初始化為他的默認(rèn)值。例如：
static void Main(string[] args){ int[] intArray = new int[3]; foreach(int i in intArray) { Console.WriteLine(i); } DateTime[] dtArray = new DateTime[3]; foreach (DateTime i in dtArray) { Console.WriteLine(i); }}
結(jié)果如下：
當(dāng)數(shù)組中的元素是引用類型時(shí)，實(shí)際上數(shù)組中的元素是一個(gè)指向?qū)ο髮?shí)際內(nèi)存空間的指針，占用4Bytes的空間。
2. 談?wù)劻慊鶖?shù)組
從學(xué)C語言時(shí)起，相信老師就會(huì)對(duì)我們講，數(shù)組的第一個(gè)索引是0，而不是1。但是在C#中，我們可以去構(gòu)造一個(gè)非零基數(shù)組，在這一節(jié)，我們就來把這個(gè)說透。
在常規(guī)意義上，我們初始化一個(gè)數(shù)組，都默認(rèn)是零基數(shù)組，這也使得數(shù)組成為了字符串后再一個(gè)初始化時(shí)特殊的類型。正如我們知道的一樣，初始化一個(gè)字符串時(shí)，對(duì)應(yīng)的IL指令是newstr，同樣，初始化一個(gè)零基數(shù)組對(duì)應(yīng)的IL指令是newarr。
當(dāng)我們希望構(gòu)造一個(gè)非零基數(shù)組時(shí)，我們可以以下的語句來做到：
static void Main(string[] args){ Array intArr = Array.CreateInstance(typeof(Int32), new int[] { 5 }, new int[] { 1 }); Console.WriteLine(intArr.GetValue(1).ToString()); Console.WriteLine(intArr.GetValue(0).ToString());}
得到的測(cè)試結(jié)果便如下：
于是便證明，我們初始化了一個(gè)非零基數(shù)組。此外，延伸一下，我們還應(yīng)該通過這個(gè)記住以下兩個(gè)方法：
static void Main(string[] args){ Array intArr = Array.CreateInstance(typeof(Int32), new int[] { 5 }, new int[] { 1 }); Console.WriteLine(intArr.GetLowerBound(0)); Console.WriteLine(intArr.GetUpperBound(0));}
得到的測(cè)試結(jié)果如下：
3. 談?wù)勑蕟栴}
相信會(huì)有好多陰謀論者說，C#是個(gè)類型安全的語言，也就是意味著我循環(huán)時(shí)每次訪問一次數(shù)組的元素，那么就要檢查一次該索引是否會(huì)造成數(shù)組越界，于是就造成了一定的性能損失。那么在這里，我們就把這個(gè)問題說透。
我們?cè)谶@里把數(shù)組分成零基數(shù)組，非零基數(shù)組，多維數(shù)組，交錯(cuò)數(shù)組四種情況來分別討論這個(gè)問題。
零基數(shù)組是.NET中提倡使用的類型，并且初始化時(shí)提供了特殊的IL指令newarr則充分說明了他在.NET中的特殊性，自然.NET Framework也會(huì)為其提供很大的優(yōu)化待遇。在循環(huán)訪問數(shù)組時(shí)，如這樣的代碼：
static void Main(string[] args){ int[] intArr = new int[5]; for (int i = 0; i < 4; i++) { //Some Method }}
JIT編譯器只會(huì)在循環(huán)開始之前檢查一次4和intArr.GetUpperBound的大小關(guān)系，之后便不會(huì)對(duì)其進(jìn)行干預(yù)。也就是說JIT編譯器只對(duì)其檢查一次安全，因此帶來的性能損失是非常小的。
而對(duì)于非零基數(shù)組，我們來比較這樣兩段代碼：
static void Main(string[] args){ Array intArr = Array.CreateInstance(typeof(Int32), new int[] { 5 }, new int[] { 1 }); Console.WriteLine(intArr.GetValue(1).ToString()); Console.WriteLine(intArr.Length); // int[] intArr1 = new int[5]; Console.WriteLine(intArr1[1]); Console.WriteLine(intArr1.Length);}
其實(shí)兩者創(chuàng)建的幾乎是相同的數(shù)組，調(diào)用的也幾乎是一樣的方法，但是我們看下IL卻會(huì)發(fā)現(xiàn)兩者有著驚人的不同，首先是非零基數(shù)組的IL：
接下來是零基數(shù)組的：
我們可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于非零基數(shù)組中的大部分操作，.NET Framework都提供了對(duì)應(yīng)的IL指令，我們也可以理解為.NET Framework為其提供了特殊的優(yōu)化。
當(dāng)然，實(shí)際上，正如CLR via C#所說的一樣：.NET Framework對(duì)應(yīng)非零基數(shù)組沒有任何方面的優(yōu)化，每次訪問都需要檢查其上限和下限與索引之間的關(guān)系。效率的損耗是必然的。
事實(shí)上，當(dāng)我們測(cè)試這樣一段代碼時(shí)，也會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)零基數(shù)組和非零基數(shù)組的區(qū)別是很大的：
static void Main(string[] args){ Array intArr = Array.CreateInstance(typeof(Int32), new int[] { 5 }, new int[] { 1 }); Console.WriteLine("intArr的?類à型í是?：o{0}", intArr.GetType()); // int[] intArr1 = new int[5]; Console.WriteLine("intArr1的?類à型í是?：o{0}", intArr1.GetType()); }
得到的結(jié)果如下：
接下來我們?cè)賮砗?jiǎn)單地說下多維數(shù)組和交錯(cuò)數(shù)組。
多維數(shù)組和非零基數(shù)組一樣，都沒有受到.NET Framework的特殊優(yōu)待。
而交錯(cuò)數(shù)組，其實(shí)就是數(shù)組中的數(shù)組，因此效率實(shí)際上取決于數(shù)組中的數(shù)組是零基數(shù)組還是非零基數(shù)組。
那接下來的一節(jié)，我們來具體探討一下交錯(cuò)數(shù)組和多維數(shù)組的區(qū)別和應(yīng)用。
4. 多維數(shù)組和交錯(cuò)數(shù)組
考慮到兩個(gè)詞的翻譯問題，在這里給出兩個(gè)詞的英文：
多維數(shù)組：Multi-dimensional Array。
交錯(cuò)數(shù)組：Jagged Array。
好，下面步入正題。
首先從二者的內(nèi)存分布說起。
多維數(shù)組是一個(gè)整體的數(shù)組，因此他在內(nèi)存中占據(jù)一個(gè)整體的托管堆內(nèi)存塊。
而交錯(cuò)數(shù)組實(shí)際上是數(shù)組中的數(shù)組，因此我們用二維交錯(cuò)數(shù)組來舉例，其內(nèi)存如圖所示：
也就是說，如果是一個(gè)3*100的數(shù)組，也就是說需要初始化101次數(shù)組，當(dāng)數(shù)組的元素更加多的時(shí)候，那創(chuàng)建和垃圾回收將帶來巨大的效率損失。
因此，也就是說：交錯(cuò)數(shù)組的效率瓶頸在于創(chuàng)建和銷毀上，而并非類型安全檢查上。
于是，我們就可以得出這樣的結(jié)論：
當(dāng)一次創(chuàng)建，多次訪問時(shí)，我們應(yīng)該創(chuàng)建交錯(cuò)數(shù)組。
當(dāng)一次創(chuàng)建，一次訪問時(shí)，我們應(yīng)該創(chuàng)建多維數(shù)組。
5. 用代碼改善效率
上面說到了，訪問非零基數(shù)組和多維數(shù)組的效率是比較低的，對(duì)于非零基數(shù)組，我們的應(yīng)用比較少，但是多維數(shù)組，相信每個(gè)人都或多或少有著一定的應(yīng)用，那么面對(duì)其性能問題，我們?cè)撛趺崔k呢？
我們先來想想，多維數(shù)組的訪問，性能瓶頸在安全檢查上。在C語言中，為什么沒有這樣的問題，對(duì)，因?yàn)镃語言不會(huì)做這樣的檢查。于是，相信聰明的大家都會(huì)想到不安全代碼。
改善多維數(shù)組以及非零基數(shù)組的效率問題，我們就用不安全代碼。
static unsafe void Main(string[] args){ int[,] intArr = new int[3, 3]; for (int i = 0; i < 3; i++) { for (int j = 0; j < 3; j++) { intArr[i, j] = i * 3 + j; } } fixed (int* p = &intArr[0, 0]) { for (int i = 0; i < 3; i++) { int baseOffset = i * 3; for (int j = 0; j < 3; j++) { Console.WriteLine(baseOffset + j); } } }}
這里，我們又見到了C語言中熟悉的指針，相信不需要多加介紹了。這里唯一需要注意的就是fixed，由于在垃圾回收時(shí)采用的是代機(jī)制+壓縮機(jī)制，因此其內(nèi)存地址很可能發(fā)生改變，因此我們應(yīng)該講數(shù)組的內(nèi)存地址鎖住，防止我們?cè)L問到其他的內(nèi)存地址而造成我們讀取數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。
6. 對(duì)零基數(shù)組的精益求精
當(dāng)然，即使是零基數(shù)組，我們依然在托管堆上為其分配了內(nèi)存空間。如果對(duì)性能要求極高，我們知道創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象也是有著一定的時(shí)間損耗，其中包括分配內(nèi)存空間，同步塊索引，以及指向下一塊內(nèi)存空間的指針等一系列復(fù)雜的操作。那么我們就放棄掉托管堆這個(gè)東東，而直接在棧中來創(chuàng)建這個(gè)數(shù)組，這樣又省去了很多時(shí)間，從而達(dá)到了和C語言相同的效果，代碼如下：
static unsafe void Main(string[] args){ int* intArr=stackalloc int[10]; for (int i = 0; i < 10; i++) { intArr[i] = i; } for (int i = 0; i < 10; i++) { Console.WriteLine(intArr[i]); }}
這樣，效率就進(jìn)一步提高了，對(duì)于二維數(shù)組，我們一樣可以如此創(chuàng)建。其代碼與C語言完全等同。我在這里就不繼續(xù)演示了。
7. 總結(jié)
在全文中，主要是對(duì)數(shù)組的各個(gè)方面做一個(gè)比較簡(jiǎn)略地介紹，其中包括數(shù)組的基礎(chǔ)知識(shí)，分類，以及效率性能問題，最后就是用不安全代碼來訪問創(chuàng)建數(shù)組來提高性能。
不過最后說一句，在實(shí)際工作中，如果對(duì)性能沒有特別高的要求，則沒必要用不安全代碼來操作數(shù)組，因?yàn)槠浜芸赡芤驗(yàn)槟愕囊恍┦д`而帶來其他的一些安全問題，并且對(duì)代碼的可讀性也是個(gè)比較大的傷害，這就有些得不償失了。
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