آرایه ها در سی شارپ | آشنایی با نحوه کار با آرایه ها در #C

آرایه ها در سی شارپ ، مشابه بسیاری از انواع زبان های برنامه نویسی ، یک ساختمان داده بنیادی و مهم به‌شمار می‌روند. دلیل اهمیت آرایه این است که می‌‌توان از آن برای جمع‌آوری و دستکاری گروه‌هایی از متغیرهای مرتبط بهره‌مند شد. در این مقاله، به بررسی کامل آرایه ها در #C می‌پردازیم و انواع آن را به‌همراه شیوه استفاده، تشریح خواهیم کرد.

سی شارپ چیست؟

سی شارپ (#C) یک زبان برنامه نویسی شی گرا (Object Oriented)، مدرن و Typed-Safe است که توسط شرکت مایکروسافت توسعه یافته است. سی شارپ زبانی است که به‌طور گسترده برای توسعه Windows Application ها، بازی‌های ایجادشده با یونیتی (Unity)، وب‌سرویس‌ها و موارد دیگر استفاده می‌شود. این زبان برنامه‌نویسی به‌دلیل استحکام و قدرتمندبودن آن، موردتوجه قرار گرفته و یکی از زبان‌های اصلی پشتیبانی‌شده در فریمورک دات نت و NET Core. است.

آرایه ها در سی شارپ چیست؟

آرایه ها در سی شارپ ، مجموعه‌ای از عناصر هستند که می‌توان آن‌ها را با استفاده از اندیس‌گذاری (Indexing) شناسایی کرد. آرایه‌ها به‌منظور ذخیره‌سازی چندمقدار در یک متغیر واحد استفاده می‌شوند و به شما این امکان را می‌دهند تا داده‌ها را به‌صورت کارآمد مدیریت کرده و به آن‌ها دسترسی داشته باشید. نوع داده (Data Type) یک آرایه در سی شارپ ، می‌تواند هر دیتاتایپ معتبری (Valid) از #C باشد؛ توجه کنید که همه عناصر موجود در یک آرایه، باید از یک نوع باشند.

 

 

کاربرد آرایه ها در سی شارپ چیست؟

آرایه‌ها متنوع هستند و به تعدد در برنامه‌نویسی به کار می‌روند. به‌صورت کلی، موارد زیر مهم‌ترین کاربردهای آرایه به‌شمار می‌روند:

• ذخیره و بازیابی داده: آرایه‌ها روشی ساختارمند برای ذخیره‌سازی و دسترسی به داده‌ها را فراهم می‌کنند.
• بهبود عملکرد: در مقایسه با سایر ساختمان های داده (Data Structures) مانند لیست، آرایه‌ها در پردازش حجم عظیمی از داده‌ها، عملکرد کارآمدتری دارند. این موضوع به‌طور ویژه در زمان کار با داده های Primitive مشهود است.
• مدیریت چندین متغیر: به جای اینکه چندین متغیر مجزا را به‌صورت تک‌به‌تک تعریف کنید، می‌توانید از یک آرایه برای گروه‌بندی موارد مشابه تحت یک متغیر واحد استفاده کنید.
• پیاده‌سازی الگوریتم: بسیاری از الگوریتم‌ها برای آن که بتوانند کار کنند، به آرایه ها در سی شارپ نیاز دارند. به‌عنوان مثال، هنگام کار با الگوریتم‌های مرتبط با تکنیک‌های مرتب‌سازی (Sorting) و جستجو (Search)، آرایه کاربرد خود را نشان می‌دهد.
• عملیات ماتریس: آرایه‌ها می‌توانند ماتریس‌ها را برای محاسبات ریاضیاتی نشان دهند.
• ذخیره‌سازی بافر: می‌توان از آرایه ها در سی شارپ به‌عنوان بافر در عملیات I/O (ورودی/خروجی) استفاده کرده و به کمک آن، به‌طور موقت داده‌ها را درحین فرآیندهای خواندن و نوشتن، نگهداری کرد.
• پارامترها و نوع‌های بازگشتی: آرایه‌ها به‌طور معمول، به‌عنوان پارامتر یا Return Type در متدهایی استفاده می‌شوند که در آن‌ها نیاز به ارسال یا برگرداندن چندین مقدار باشد.
• هم‌کنش‌پذیری با سایر سیستم‌ها و API ها: هنگام فراخوانی API های اکسترنال، به‌ویژه در برنامه نویسی سیستمی ، که در آن چیدمان دقیق حافظه نیاز است، آرایه‌ها می‌توانند کلیدی محسوب شوند.
• شمارش (Enumeration) و تکرار (Iteration): می‌توان به‌راحتی آرایه‌ها را پیمایش کرد. این ویژگی، آن‌ها را برای اموری ایده‌آل می‌کند که به شمارش برروی مجموعه آیتم‌ها نیاز دارید.

انواع آرایه ها در سی شارپ

درک انواع مختلف آرایه ها در سی شارپ به شما کمک می‌کند تا به‌طور مؤثر از ساختار مناسب استفاده کنید. در این بخش، به معرفی نوع‌های اصلی آرایه ها در #C می‌پردازیم.

• آرایه های تک بعدی (Single-Dimensional): آرایه های تک بعدی یا یک بعدی، ساده‌ترین نوع آرایه ها در سی شارپ هستند که به هر عنصر ازطریق یک اندیس واحد می‌توان دسترسی پیدا کرد. این نوع آرایه‌ها نشان‌دهنده مجموعه‌ای Linear از عناصر هستند.
• آرایه های چندبعدی (Multi-Dimensional): این آرایه ها در سی شارپ تحت عنوان Rectangular Arrays نیز شناخته می‌شوند و دارای دو یا چند بعد هستند که از آن‌ها به‌منظور نمایش یک جدول یا شبکه‌ای از مقادیر استفاده می‌شود. این آرایه‌ها به‌طور ویژه در سناریوهایی مفید به‌شمار می‌روند که نیاز به ذخیره‌سازی داده‌ها در قالبی ساختاریافته مانند ماتریس است.
• آرایه‌های دندانه دار (Jagged Arrays): این نوع، آرایه‌هایی از آرایه‌ها هستند؛ این یعنی که هر عنصر در آرایه اصلی، خود یک آرایه است. نکته جالب درمورد آرایه‌های Jagged این است که آرایه‌های درونی هر یک می‌توانند طول متفاوتی داشته باشند. به همین دلیل، آرایه‌های دندانه‌دار در سناریوهای خاص، انعطاف‌پذیرتر از آرایه‌های چندبعدی هستند.

نحوه کار با آرایه ها در سی شارپ

برای آن که شما بتوانید درک صحیحی از چگونگی کار با آرایه ها به‌دست آورید، توجه به اقدامات این بخش از مطلب ضروری است. توجه کنید که در این بخش، هدف بررسی نوع تک بعدی از آرایه ها در سی شارپ است.

اعلان آرایه (Array Declaration)

برای استفاده از آرایه ها در سی شارپ ، ابتدا باید آن‌ها را اعلان کنید. یک مثال ساده از نحوه اعلان یک آرایه در #C آورده شده است:

 

int[] myArray;

 

تعیین عناصر و مقداردهی آرایه در سی شارپ

قطعه کد مذکور، یک آرایه به نام myArray اعلان می‌کند که اعداد صحیح را در خود ذخیره خواهد کرد. برای مقداردهی اولیه آن، مشخص کنید که چه تعداد عناصری را نگهداری خواهد کرد:

 

myArray = new int[5];

 

اکنون MyArray یک آرایه است که امکان نگهداری ۵ عدد صحیح را دارد. درحقیقت، با استفاده از کلمه کلیدی new و تعیین تعداد یا همان سایز آرایه، مقداردهی آن آغاز می‌شود.

در زمان اعلان، می‌توان آرایه ها در سی شارپ را به چندین روش مقداردهی اولیه (Initialization) کرد:

 

int[] myArray = new int[5]; // An array of five integers, initialized to zero

 

اگر مقداردهی مشابه فوق باشد، مقدار اولیه عناصر آرایه صفر خواهد بود. اما اگر مقداردهی اولیه به شکل زیر انجام شود، آنگاه شما یک آرایه را همراه با مقادیر اولیه مشخصی اعلان کرده‌اید:

 

int[] myArray = {1, 2, 3, 4, 5}; // An array declared with initial values

 

نسخه طولانی‌تر آن به شکل زیر است:

 

int[] myArray = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 };

 

دسترسی به عناصر آرایه

برای دسترسی به آرایه ها در سی شارپ باید ازطریق اندیس یا همان ایندکس آن‌ها اقدام کرد که از عدد ۰ شروع می‌شود. به‌منظور دسترسی یا تغییر اولین عنصر آرایه myArray، به‌صورت زیر عمل کنید:

 

int firstValue = myArray[0]; // Gets the first element
myArray[0] = 10; // Sets the first element to 10

 

پیمایش (Iteration) آرایه ها

برای انجام عملیات روی تک‌به‌تک عناصر موجود در آرایه ، می‌توانید از حلقه (Loop) کمک بگیرید. حلقه For یکی از روش‌های رایج برای پیمایش آرایه ها است. در چنین شرایطی، یک حلقه for به‌صورت زیر نیاز است:

 

for (int i = 0; i < myArray.Length; i++)
{
    Console.WriteLine(myArray[i]);
}

 

این حلقه for به‌طور مکرر اجرا شده و تا زمانی که به انتهای آرایه برسد، مقدار هر عنصر در آرایه را در خروجی چاپ می‌کند.

علاوه‌بر For، شما می‌توانید مشابه زیر، از حلقه foreach برای پیمایش مستقیم تک تک عناصر آرایه ها در سی شارپ استفاده کنید:

 

foreach (int value in myArray)
{
    Console.WriteLine(value);
}

 

 

نحوه استفاده از آرایه چندبعدی در سی شارپ

استفاده مؤثر از آرایه های چندبعدی در سی شارپ ، مستلزم درک نحوه اعلان، مقداردهی اولیه و دسترسی به عناصر آن‌ها است. آرایه های چندبعدی به‌طور ویژه برای اپلیکیشن‌هایی مناسب هستند که به ساختاری شبیه ماتریس نیاز دارند. به‌عنوان مثال، می‌توان از آن‌ها در مدیریت داده‌ها در جداول، شبکه‌ای از داده‌ها یا محاسبات ریاضی بهره‌مند شد. در ادامه، نکاتی برای استفاده از آرایه‌های چندبعدی ، به‌طور خاص با تمرکز بر آرایه‌های دو بعدی، شرح داده خواهند شد.

اعلان آرایه دو بعدی در #C

برای اعلان‌کردن یک آرایه دو بعدی در #C ، نوع داده‌هایی که در آن قرار خواهند گرفت را تعیین کنید و سپس از دو مجموعه علامت [ ] استفاده کنید که هرکدام شامل یک کاما ( , ) برای نشان‌دادن بُعد هستند.

 

int[,] matrix;

 

مقداردهی اولیه آرایه های دو بعدی

در سی شارپ می‌توانید یک آرایه دو بعدی را در زمان اعلام آن، مقداردهی اولیه کنید. این روش زمانی مناسب است که از قبل، ابعاد دقیق داده‌ها را می‌دانید. نحوه انجام این کار به‌صورت زیر است:

 

int[,] matrix = new int[3, 4];

 

در این جا یک ماتریس ۳ در ۴ از اعداد صحیح ایجاد کردیم. توجه کنید که اگر آرایه را به روش فوق مقداردهی اولیه می‌کنید، عناصر به‌طور خودکار با مقادیر پیش‌فرض (معمولاً ۰ برای اعداد صحیح) پر خواهند شد.

راه دیگر این است که شما آرایه دوبعدی خود را با مقادیر مدنظر مقداردهی اولیه کنید. برای درک بهتر، به آرایه زیر توجه کنید:

 

int[,] matrix = {
    { ۱, ۲, ۳, ۴ },
    { ۵, ۶, ۷, ۸ },
    { ۹, ۱۰, ۱۱, ۱۲ }
};

 

این کد یک ماتریس ۳ در ۴ را با مقادیر ۱ تا ۱۲ مقداردهی اولیه می‌کند. هر {} درونی، نماینده‌ یک سطر از ماتریس است.

دسترسی و ویرایش آرایه دوبعدی در سی شارپ 

در یک آرایه دوبعدی در #C ، دسترسی به عناصر با تعیین اندیس سطر (Row Index) و اندیس ستون (Column Index) آن‌ها (به‌صورت جداگانه) انجام می‌شود. به‌عنوان مثال، برای دسترسی به عنصر دوم، از سطر یک آرایه از این طریق اقدام کنید:

 

int element = matrix[0, 1];

 

برای ویرایش مقدار عنصر دوم از سطر یک آرایه و تغییر آن به عدد ۲۰ ، کد زیر نیاز است:

 

matrix[0, 1] = 20; 

 

پیمایش (Iteration) یک آرایه دو بعدی

برای انجام عملیات روی تک تک عناصر موجود در یک آرایه دوبعدی، می‌توان از حلقه های تودرتو (Nested Loops) بهره برد. حلقه‌ بیرونی روی سطرهای آرایه و حلقه‌ درونی روی ستون‌های آن Iterate خواهد شد.

 

for (int i = 0; i < matrix.GetLength(0); i++) {
    for (int j = 0; j < matrix.GetLength(1); j++) {
        Console.Write(matrix[i, j] + " ");
    }
    Console.WriteLine();
}

 

GetLength(dimension) متدی است که برای به‌دست آوردن تعداد عناصر در یک بعد خاص از یک آرایه چندبعدی به کار می‌رود.

نحوه استفاده از آرایه Jagged در سی شارپ

آرایه های Jagged ، یا اصطلاحاً دندانه دار، درحقیقت آرایه‌هایی از آرایه‌های دیگر هستند. این ساختار به شما اجازه می‌دهد داده‌هایی را ذخیره‌سازی کنید که ماهیت‌های غیریکسانی دارند.

اعلان آرایه Jagged

برای اعلان یک آرایه ناهمگن یا همان دندانه دار، لازم است تعیین شود که این آرایه، آرایه‌ای از آرایه‌ها است. در اینجا Syntax مربوط به اعلان یک آرایه دندانه دار بررسی می‌شود که امکان نگهداری آرایه‌هایی متشکل از اعداد صحیح را دارد:

 

Int[][] jaggedArray;

 

مقداردهی اولیه آرایه دندانه دار در سی شارپ

برخلاف آرایه های چندبعدی ، در آرایه دندانه دار هر زیرآرایه می‌تواند اندازه متفاوتی داشته و باید به‌صورت جداگانه مقداردهی اولیه شود. به کد زیر توجه کنید تا بهتر مفهوم آن را درک کنید:

 

jaggedArray = new int[3][]; // Jagged array with 3 rows

jaggedArray[0] = new int[5]; // First row has 5 columns
jaggedArray[1] = new int[3]; // Second row has 3 columns
jaggedArray[2] = new int[4]; // Third row has 4 columns

 

همچنین می‌توانید آرایه دندانه دار را مشابه زیر و به‌صورت مستقیم مقداردهی اولیه کنید:

 

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

 

دسترسی به عناصر آرایه دندانه دار

برای دسترسی یا تغییر عناصر در یک آرایه Jagged، باید از اندیس‌های سطر و ستون به‌صورت ترکیبی استفاده کنید. با این دیدگاه، کد زیر را بررسی کنید:

 

int firstElement = jaggedArray[0][0]; // Accesses the first element of the first row
jaggedArray[1][2] = 10; // Sets the third element of the second row to 10

 

پیمایش (Iteration) روی آرایه دندانه دار در سی شارپ

برای پیمایش روی تک تک عناصر موجود در این نوع از آرایه ها در سی شارپ ، می‌توان از حلقه‌های تودرتو کمک گرفت. حلقه بیرونی روی تمام زیرآرایه‌های (سطرهای) آرایه و حلقه درونی روی عناصر هر زیرآرایه (ستون‌ها) پیمایش می‌کند. توجه کنید که ممکن است طول هر زیرآرایه با دیگری متفاوت باشد. کد زیر به شما کمک می‌کند تا این مباحث را بهتر متوجه شوید:

 

for (int i = 0; i < jaggedArray.Length; i++)
{
    for (int j = 0; j < jaggedArray[i].Length; j++)
    {
        Console.Write(jaggedArray[i][j] + " ");
    }
    Console.WriteLine();
}

 

کلاس آرایه

کلاس Array به‌عنوان کلاس پایه برای تمامی آرایه ها در سی شارپ عمل می‌کند. این کلاس انتزاعی (Abstract) است؛ به این معنی که نمی‌توانید به‌طور مستقیم Instance خاصی از آن ایجاد کنید، اما می‌توانید از متدهای استاتیک (Static Methods) آن برای انجام عملیات مختلف روی هر آرایه بهره‌مند شوید. این متدها در اموری مانند مرتب‌سازی، جستجو و معکوس‌کردن عناصر درون آرایه‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

متدهای اصلی کلاس Array

در این بخش، به معرفی تعدادی از پرکاربردترین متدهای کلاس Array در #C می‌پردازیم:

• Length: این متد، تعداد کل عناصر موجود در تمام ابعاد یک آرایه را بازمی‌گرداند و برای به‌دست آوردن تعداد عناصر در یک آرایه و پیمایش روی آن بسیار کاربردی است.
• Sort: این متد با استفاده از الگوریتم QuickSort ، تمامی عناصر آرایه تک بعدی را مرتب‌سازی می‌کند.
• Reverse: با استفاده از آن، می‌توانید ترتیب عناصر آرایه یک بعدی را معکوس کنید.

در ادامه مطلب، سایر امور مربوط به Data Manipulation ازطریق آرایه بررسی می‌شوند.

 

 

نحوه جستجو در آرایه سی شارپ

برای جستجوی یک عنصر خاص در یک آرایه ، متد IndexOf از کلاس Array را استفاده کنید. این متد اولین موقعیت یا همان ایندکسی را پیدا می‌کند که عنصر موردنظر در آن قرار دارد. به مثال زیر توجه کنید:

 

int[] myArray = { 1, 2, 3, 4, 5 };
int index = Array.IndexOf(myArray, 3);
Console.WriteLine("Index of 3: " + index);  // Outputs the index of the number 3 in the array

 

نمایش عناصر آرایه در سی شارپ

برای نمایش کل عناصر موجود در یک آرایه در سی شارپ ، از حلقه‌های for یا foreach استفاده کنید. نحوه‌ انجام این کار با حلقه‌ foreach به‌صورت زیر است:

 

foreach (int element in myArray)
{
    Console.WriteLine(element);
}

 

مرتب سازی آرایه ها در سی شارپ

شما می‌توانید از دستور Array.Sort به هدف مرتب‌سازی صعودی یک آرایه در سی شارپ بهره‌مند شوید. این دستور، آرایه اصلی را تغییر می‌دهد:

 

Array.Sort(myArray);
Console.WriteLine("Sorted Array: ");
foreach (int item in myArray)
{
    Console.WriteLine(item);
}

 

اگر بخواهید آرایه را به‌صورت نزولی مرتب کنید، لازم است پس از مرتب‌سازی آرایه، آن را مشابه زیر معکوس کنید:

 

Array.Sort(myArray);
Array.Reverse(myArray);  // Reverses the sorted array to make it descending
Console.WriteLine("Sorted in descending order: ");
foreach (int item in myArray)
{
    Console.WriteLine(item);
}

 

حذف عناصر تکراری آرایه در سی شارپ

برای حذف عناصر تکراری از یک آرایه در سی شارپ ، کارآمدترین رویکرد، به‌کارگیری یک <HashSet<T است. مشابه زیر، این ساختار داده به‌طور اتوماتیک موارد تکراری را حذف می‌کند و تنها به آیتم‌های منحصربه‌فرد (Unique) اجازه می‌دهد تا در آن قرار داشته باشند:

 

int[] myArray = { 1, 2, 2, 3, 4, 4, 5 };
HashSet<int> uniqueItems = new HashSet<int>(myArray);
int[] uniqueArray = uniqueItems.ToArray();

Console.WriteLine("Array without duplicates: ");
foreach (int item in uniqueArray)
{
    Console.WriteLine(item);
}

 

سخن پایانی: آرایه ها در سی شارپ

در این مقاله، به بررسی انواع آرایه ها در سی شارپ پرداختیم و نحوه کار با آن‌ها را به‌همراه قطعه کد بیان کردیم. علاوه‌براین، کلاس Array و تعدادی از متدهای آن معرفی شدند. درمجموع، آرایه‌ها بخش جدایی‌ناپذیر برنامه‌نویسی هستند و به‌عنوان ابزارهای قدرتمندی عمل می‌کنند که مدیریت داده‌ها را در توسعه نرم‌افزار تسهیل می‌بخشند. شما می‌توانید برای دریافت منابع آموزشی تکمیلی مربوط به برنامه‌نویسی با سی شارپ ، درخواست خود را در کامنت‌ها اعلام کنید تا ما به آن رسیدگی کنیم.