把Array說透（續一）

1. 寫在前面的

在前文中，我主要介紹了數組的一些相關知識，希望加深各位對Array的理解，不過，看過Ivony…同學的回複，我發覺自己離說透還有很大的距離，於是就有了下面的文章。在本文中，我也主要來圍繞Ivony…同學提出的幾點問題來作以說明，問題如下：

A、數組在託管堆內部是怎麼存放的？數組元素的位置是連續的嗎？
B、非零基數組可以和零基數群組轉換嗎？
C、int[]與System.Array的關係到底是同一類型？還是基類與衍生類別的關係？
D、ldelem不檢查下標越界嗎？
E、多維陣列可以和零基數群組轉換嗎？
F、Array.Copy和CopyTo與手動拷貝效能有多大差距？
G、數組的協變是怎麼做到的？
H、數組是如何?泛型介面（如IList<T>）的？
I、多維陣列每一維度長度必須相等嗎？必須零基嗎？
J、數組的Length屬性到底指示的是什嗎？

2. 數組記憶體詳解

在這裡，我們依然把數組分為零基數組和非零基數組來討論。

首先來看零基數組的記憶體配置，廢話少說，我們先來看測試代碼：

static unsafe void Main(string[] args){    int[] intArr = new int[3];    intArr[0] = 1;    intArr[1] = 2;    intArr[2] = 3;}

代碼本身很簡單，接下來逐步執行向下看，首先我們來查看一下原始碼的彙編代碼：

            int[] intArr = new int[3];00000035  mov         edx,3 0000003a  mov         ecx,61CD4192h 0000003f  call        FFFB2140 00000044  mov         dword ptr [ebp-44h],eax 00000047  mov         eax,dword ptr [ebp-44h] 0000004a  mov         dword ptr [ebp-40h],eax             intArr[0] = 1;0000004d  mov         eax,dword ptr [ebp-40h] 00000050  cmp         dword ptr [eax+4],0 00000054  ja          0000005B 00000056  call        624B6B29 0000005b  mov         dword ptr [eax+8],1             intArr[1] = 2;00000062  mov         eax,dword ptr [ebp-40h] 00000065  cmp         dword ptr [eax+4],1 00000069  ja          00000070 0000006b  call        624B6B29 00000070  mov         dword ptr [eax+0Ch],2             intArr[2] = 3;00000077  mov         eax,dword ptr [ebp-40h] 0000007a  cmp         dword ptr [eax+4],2 0000007e  ja          00000085 00000080  call        624B6B29 00000085  mov         dword ptr [eax+10h],3         }

在這裡，我們就可以清晰地發現，在0x0000005b,0x00000070和0x00000085中，mov操作的目標地址之間是相隔4個Bytes的，也就是一個整數位。接下來我們來進一步證實。

當我們為數組分配過記憶體位址後，開啟即使視窗查看數組所在的記憶體位址。

接下來開啟記憶體視窗還查看0x015cc790記憶體塊的資料：

以上是對數組賦值前的情況，賦值後的記憶體資料如下：

在這裡可以更清晰地看出，數組元素之間差的正好是4個Bytes，也就是一個整數位。由此，我們可以得出結論。零基數組的元素在記憶體中是連續排布的。

接下來我們來看一下非零基數組：

由於空間所限，過程如上，就不再發，證明：

總之，當我們在託管堆中為數組分配記憶體時，數組佔據一段連續的記憶體空間。

我們知道，當我們在託管堆中初始化一個對象時，每個對象都需要維護一個指標，該指標的作用是指向下一塊空閑記憶體空間，由於對數組的操作經常是迴圈遍曆等操作，這樣如果把數組分配到一個連續的記憶體空間有一下兩個好處：

A. 減少記憶體片段

B. 節省記憶體，不需要維護指標

C. 基地址不需要發生變化，只需要改變位移量即可，在一定程度上也提高了訪問的效率。

接下來，我們還需要來補充一下數組在棧上分配記憶體的情況：

還記得上文中提到的這個關鍵字吧，stackalloc，就是他了。補充一下，在上文的回複中，有人問到說棧空間上分配的記憶體是不是也被記憶體回收行程回收？這裡的棧空間和C語言中的棧一樣，沒有記憶體回收行程，每個變數都有他自己的範圍，當出了範圍後，變數自動銷毀，具體的函數執行過程，請參看《深入理解電腦系統》。

3. 再論零基數組和非零基數組

我們先來看這樣一段代碼：

static void Main(string[] args){    int[,] intArr = (int[,])(Array.CreateInstance(typeof(Int32), new int[] { 3,4 }, new int[] { 1,1 }));    intArr[2, 3] = 1;}

這段代碼沒有問題，我們將Array顯式地轉換成了強型別的二維數組，然後直接存取索引對其複製。

但是我們知道，對弱類型的Array而言，我們不能通過其下標訪問他的元素，而只能通過SetValue和GetValue來獲得值，但是我們看到SetValue和GetValue訪問和設定的值的類型都是Object，這就意味著我們需要對其進行一次裝箱或者拆箱。那麼我們有沒有辦法也產生一個強型別的非零基數組呢？

在上文中，我們提到過，.NET Framework的幾種數群組類型：

一維零基數組：System.Int32[]。一維非零基數組：System.Int32[*]。多維陣列：System.Int32[,]。

那麼也就是說，我們是否能通過這樣的代碼來把Array轉換成一維非零基數組呢？

static void Main(string[] args){    int[*] intArr = (int[*])(Array.CreateInstance(typeof(Int32), new int[] { 3}, new int[] { 1 }));}

事實證明是錯誤的。在CLR via C#中Jeffery有這樣一段話：

“C# does not allow you to declare a variable of type string[*],and therefore it is not possible to user C# syntax to access a single-dimensional ,non-zero-based array.”

這段話翻譯成中文的意思就是：C#不允許聲明一個string[*]類型的變數，因此，我們能夠使用C#文法來訪問一個非零基一維數組。

通過以上的解釋，我們也許又額外明白了一點，Array究竟是數群組類型，還是數群組類型的基類？

通過上面的一些代碼，我們不妨又把數組重新分類為“強型別數組”和“弱類型數組”。而Array就屬於弱類型數組。為什麼Array是所有數群組類型的基類，我沒想出辦法來如何證明，只是看到Jeffery說了這樣一句話：

“All Arrays are Implicitly Derived from System.Array”。

我想這句話可以說明問題了，不過還是希望各位大俠指點如果證明這一點。

未完持續…………