C# 8 的索引與範圍語法

 這篇筆記要介紹的是從 C# 8 開始加入的索引和範圍語法。

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C# 8 新增的索引與範圍語法是用於存取陣列中的元素，包括 String 或者更低階的型別如 Span<T> 和 ReadOnlySpan<T>。

新增的索引語法可以讓我們指定要從陣列的「倒數第幾個元素」開始，以及到哪個地方停止。倒數第幾個元素的寫法是以 ^ 符號後面接著以 1 為開始的倒數序號。例如 ^1 表示倒數第一個元素，^2 表示倒數第二個元素，依此類推。參考以下範例：

char[] alphabets = new char[] {'A','B','C','D','E'};
char lastChar = alphabets[^1]; // 'E'
char lastSecond = alphabets[^2]; // 'D'
char outOfBound = alphabets[^0]; // 可編譯，但執行時會出錯!

範圍語法則可以取得陣列的「切片」，使用的符號是連續兩個小數點，即 ..。符號的左右兩邊可以指定起始索引和終止索引（其中一邊可以不指定）。範例：

char[] slice1 = alphabets[..2];   // 'A', 'B'
char[] slice2 = alphabets[2..];   // 'C', 'D', 'E'
char[] slice3 = alphabets[2..3];  // 'C'
char[] slice4 = alphabets[^2..];  // 'D', 'E'
char[] slice5 = alphabets[0..^0]; // 整個範圍

從 slice1 和 slice3 可以看得出來，切片的結果並未包含範圍的終止索引所在的元素。即 [..2] 代表從第 0 個元素開始，取至第 1 個元素；而[2..3] 代表從第 2 個元素開始，取至第 2 個元素。

注意 slice5 的寫法是沒問題的。^0 雖然不能用來取得陣列中的最後一個元素，卻可以用於指定範圍的終止索引。正如前面所說，範圍切片並不包含終止索引。

試試看：https://dotnetfiddle.net/Hz1HxF

剛才介紹的索引和範圍語法，背後憑藉的是 System.Index 和 System.Range 類別。我們也可以在程式中使用這兩個類別來表示索引和範圍，例如：

Index lastChar = ^1;  // 設定索引：倒數第一個元素
Range range = 0..2;   // 設定範圍：前兩個元素
char[] firstTwo = alphabets[firstTwo]; // 'A', 'B'

試試看：https://dotnetfiddle.net/y0sqK3

我們也可以在自己的類別中透過 Index 和 Range 類別來設計索引子：

class TrueLove
{
	string[] words = "True love never runs smooth".Split();
    
	public string this[Index index] => words[index];
	public string[] this[Range range] => words[range];
}

public static void Main()
{
	var love = new TrueLove();		
	Console.WriteLine(love[^1]); // "Smooth"		
	Console.WriteLine(string.Join(" ", love[0..2])); // "True Love"
}

試試看：https://dotnetfiddle.net/g2Dgwt

值得一提的是，一般的字串（String）以及 Span<T>、ReadOnlySpan<T> 類別都可使用索引和範圍，但 List<A> 只能使用索引，而不可指定範圍。

此外，經由前面的範例，我們知道單維度陣列可使用索引和範圍，但如果是多維度陣列，則又還有一些細節：規則的多維度陣列（矩陣）不支援索引和範圍語法，但是不規則多維陣列（陣列中還有陣列）則可。

底下是多維陣列（矩陣）的範例：

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

Console.WriteLine(matrix[0, 2]);  // "3"
Console.WriteLine(matrix[0, ^1]); // 編譯失敗！

試試看：https://dotnetfiddle.net/zXefe6

底下則是不規則多維陣列的範例：

var jagged = new int[3][]
{
    new int[10] { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 },
    new int[6] { 10, 11, 12, 13, 14, 15 },
    new int[3] { 16, 17, 18 }
};

var selectedRows = jagged[0..2];

foreach (var row in selectedRows)
{
    var selectedColumns = row[^2..];
    foreach (var cell in selectedColumns)
    {
        Console.Write($"{cell}, ");
    }
    Console.WriteLine();
}	

執行結果：

8, 9, 
14, 15, 

試試看：https://dotnetfiddle.net/i6n6Z1

Happy coding!