C#.NET 范围与索引（Range、Index）完全解析：语法、用法与最佳实践

简介

C# 8.0 引入了范围（Ranges）和索引（Indices）功能，提供了更简洁、更直观的语法来处理集合中的元素和子集。这些功能大大简化了数组、字符串、列表等数据结构的操作。

索引（Indices）

从末尾开始的索引

使用 ^ 运算符表示从末尾开始的索引：

1int[] numbers = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
2
3// 传统方式获取最后一个元素
4int last1 = numbers[numbers.Length - 1]; // 9
5
6// 使用索引运算符获取最后一个元素
7int last2 = numbers[^1]; // 9
8
9// 获取倒数第二个元素
10int secondLast = numbers[^2]; // 8
11
12// 获取倒数第三个元素
13int thirdLast = numbers[^3]; // 7
14

索引的工作原理

索引实际上是 System.Index 结构体的语法糖：

1// 以下两行代码是等价的
2int last = numbers[^1];
3int last = numbers[new Index(1, fromEnd: true)];
4
5// 从开头开始的索引
6int first = numbers[0]; // 等价于 numbers[new Index(0, fromEnd: false)]
7

表达式	含义	等同于
^0	序列结束后的位置	array.Length
^1	最后一个元素	array[array.Length - 1]
^2	倒数第二个元素	array[array.Length - 2]
^n	从末尾算起的第 n 个元素	array[array.Length - n]

范围（Ranges）

基本范围操作

使用 .. 运算符指定范围：

1int[] numbers = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
2
3// 获取索引1到3的元素（不包括索引3）
4int[] sub1 = numbers[1..3]; // [1, 2]
5
6// 获取从开始到索引3的元素
7int[] sub2 = numbers[..3]; // [0, 1, 2]
8
9// 获取从索引6到末尾的元素
10int[] sub3 = numbers[6..]; // [6, 7, 8, 9]
11
12// 获取所有元素
13int[] all = numbers[..]; // [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
14
15// 使用从末尾开始的索引定义范围
16int[] sub4 = numbers[^3..^1]; // [7, 8] - 从倒数第三个到倒数第一个（不包括）
17

范围的工作原理

范围实际上是 System.Range 结构体的语法糖：

1// 以下两行代码是等价的
2int[] sub = numbers[1..4];
3int[] sub = numbers[new Range(1, 4)];
4
5// Range 包含 Start 和 End 两个 Index
6Range range = 1..4;
7Console.WriteLine($"Start: {range.Start}, End: {range.End}");
8// 输出: Start: 1, End: 4
9

语法	含义	等同于
..	整个范围	[0..^0]
start..	从 start 到序列结束	[start..^0]
..end	从开始到 end 之前	[0..end]
start..end	从 start 到 end 之前	[start..end]
^start..^end	使用末尾索引指定范围	[length - start..length - end]

范围表达式返回值

范围表达式返回的是原序列的视图(view)，而不是副本。对于数组、字符串等类型，它返回的是只读视图；对于 Span<T> 和 Memory<T>，它返回新的 Span 或 Memory。

1int[] original = [1, 2, 3, 4, 5];
2int[] slice = original[1..4]; // [2, 3, 4]
3
4// 修改原始数组会影响切片
5original[2] = 100;
6Console.WriteLine(string.Join(", ", slice)); // 2, 100, 4
7
8// 修改切片也会影响原始数组
9slice[1] = 200;
10Console.WriteLine(string.Join(", ", original)); // 1, 2, 200, 4, 5
11

不同类型的使用示例

数组

1int[] array = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
2
3// 获取前5个元素
4int[] firstFive = array[..5]; // [0, 1, 2, 3, 4]
5
6// 获取最后3个元素
7int[] lastThree = array[^3..]; // [7, 8, 9]
8
9// 获取中间部分
10int[] middle = array[3..7]; // [3, 4, 5, 6]
11
12// 获取除第一个和最后一个之外的所有元素
13int[] withoutEnds = array[1..^1]; // [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8]
14

字符串

1string text = "Hello, World!";
2
3// 获取前5个字符
4string hello = text[..5]; // "Hello"
5
6// 获取最后6个字符
7string world = text[^6..]; // "World!"
8
9// 获取逗号后的部分（不包括逗号本身和空格）
10string afterComma = text[7..^1]; // "World"
11
12// 获取子字符串
13string sub = text[7..12]; // "World"
14

列表（`List<T>`）

1List<int> list = new List<int> { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
2
3// 获取范围（需要转换为数组或使用GetRange）
4int[] subArray = list.ToArray()[2..6]; // [2, 3, 4, 5]
5
6// 或者使用List的GetRange方法（不是基于范围的语法，但功能类似）
7List<int> subList = list.GetRange(2, 4); // [2, 3, 4, 5]
8

`Span<T>` 和 `Memory<T>`

1int[] array = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
2
3// 创建Span并使用范围
4Span<int> span = array.AsSpan();
5Span<int> spanSlice = span[2..6]; // [2, 3, 4, 5]
6
7// 创建Memory并使用范围
8Memory<int> memory = array.AsMemory();
9Memory<int> memorySlice = memory[3..7]; // [3, 4, 5, 6]
10

高级用法和模式

与模式匹配结合使用

1int[] numbers = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };
2
3// 使用范围进行模式匹配
4if (numbers is [0, 1, 2, .., 8, 9])
5{
6    Console.WriteLine("数组以0,1,2开头，以8,9结尾");
7}
8
9// 在switch表达式中使用
10string result = numbers switch
11{
12    [0, 1, 2, ..] => "以0,1,2开头",
13    [.., 7, 8, 9] => "以7,8,9结尾",
14    [0, .., 9] => "以0开头，以9结尾",
15    _ => "其他模式"
16};
17

自定义类型支持范围

要使自定义类型支持范围操作，需要实现以下方法之一：

1public class MyCollection<T>
2{
3    private T[] _items;
4    
5    public MyCollection(T[] items)
6    {
7        _items = items;
8    }
9    
10    // 方法1：实现Slice方法
11    public MyCollection<T> Slice(int start, int length)
12    {
13        T[] slice = new T[length];
14        Array.Copy(_items, start, slice, 0, length);
15        return new MyCollection<T>(slice);
16    }
17    
18    // 方法2：实现索引器接受Range参数
19    public MyCollection<T> this[Range range]
20    {
21        get
22        {
23            var (start, length) = GetStartAndLength(range);
24            return Slice(start, length);
25        }
26    }
27    
28    // 辅助方法：将Range转换为(start, length)
29    private (int start, int length) GetStartAndLength(Range range)
30    {
31        int start = range.Start.IsFromEnd ? 
32            _items.Length - range.Start.Value : range.Start.Value;
33        
34        int end = range.End.IsFromEnd ? 
35            _items.Length - range.End.Value : range.End.Value;
36        
37        int length = end - start;
38        return (start, length);
39    }
40    
41    // 其他成员...
42}
43
44// 使用自定义集合的范围操作
45var collection = new MyCollection<int>(new[] { 0, 1, 2, 3, 4, 5 });
46var subCollection = collection[1..4]; // 包含元素[1, 2, 3]
47

实际应用场景

字符串处理

1// 提取文件扩展名
2string GetFileExtension(string filename)
3{
4    int dotIndex = filename.LastIndexOf('.');
5    return dotIndex >= 0 ? filename[(dotIndex + 1)..] : string.Empty;
6}
7
8// 提取域名
9string GetDomain(string url)
10{
11    int protocolEnd = url.IndexOf("://");
12    if (protocolEnd < 0) return url;
13    
14    int domainStart = protocolEnd + 3;
15    int pathStart = url.IndexOf('/', domainStart);
16    
17    return pathStart < 0 ? 
18        url[domainStart..] : 
19        url[domainStart..pathStart];
20}
21
22// 处理CSV行
23string[] ParseCsvLine(string line)
24{
25    List<string> fields = new List<string>();
26    int start = 0;
27    
28    while (start < line.Length)
29    {
30        int end = line.IndexOf(',', start);
31        if (end < 0) end = line.Length;
32        
33        fields.Add(line[start..end].Trim());
34        start = end + 1;
35    }
36    
37    return fields.ToArray();
38}
39

数据分页

1// 使用范围实现分页
2public IEnumerable<T> GetPage<T>(T[] data, int pageNumber, int pageSize)
3{
4    int startIndex = (pageNumber - 1) * pageSize;
5    if (startIndex >= data.Length)
6        return Enumerable.Empty<T>();
7    
8    int endIndex = Math.Min(startIndex + pageSize, data.Length);
9    return data[startIndex..endIndex];
10}
11
12// 使用Span<T>提高性能
13public ReadOnlySpan<T> GetPageSpan<T>(T[] data, int pageNumber, int pageSize)
14{
15    int startIndex = (pageNumber - 1) * pageSize;
16    if (startIndex >= data.Length)
17        return ReadOnlySpan<T>.Empty;
18    
19    int endIndex = Math.Min(startIndex + pageSize, data.Length);
20    return data.AsSpan()[startIndex..endIndex];
21}
22

数组操作

1// 数组旋转
2void RotateArrayLeft<T>(T[] array, int positions)
3{
4    positions %= array.Length;
5    if (positions == 0) return;
6    
7    // 创建临时数组保存前positions个元素
8    T[] temp = array[..positions];
9    
10    // 将剩余元素向左移动
11    Array.Copy(array, positions, array, 0, array.Length - positions);
12    
13    // 将临时数组中的元素放回末尾
14    Array.Copy(temp, 0, array, array.Length - positions, positions);
15}
16
17// 数组分割
18(T[] left, T[] right) SplitArray<T>(T[] array, int splitIndex)
19{
20    return (array[..splitIndex], array[splitIndex..]);
21}
22

《C#.NET 范围与索引（Range、Index）完全解析：语法、用法与最佳实践》是转载文章，点击查看原文。