深入理解C#数组（揭秘C#数组内存布局与访问效率）

例如，下面这行代码：

int[] numbers = new int[5] { 10, 20, 30, 40, 50 };

会在堆上分配一块连续的20字节内存（每个int占4字节 × 5个元素），并按顺序存放这些值。这种连续内存布局是数组高效访问的关键。

为什么数组访问效率高？

数组之所以访问速度快，主要有两个原因：

1. 内存局部性（Locality of Reference）：由于元素在内存中是连续存放的，CPU缓存可以一次性加载多个相邻元素，减少内存访问次数。
2. 直接索引计算：访问arr[i]时，CLR通过公式 基地址 + i × 元素大小 直接计算出元素地址，无需遍历或哈希查找。

相比之下，像List<T>虽然内部也使用数组，但多了方法调用和边界检查开销；而Dictionary<TKey, TValue>则依赖哈希表，访问速度受哈希冲突影响。

实战：比较不同数据结构的访问性能

我们通过一个简单示例，对比数组、List和Dictionary在大量读取操作下的性能差异：

using System;using System.Collections.Generic;using System.Diagnostics;class Program{    static void Main()    {        const int size = 10_000_000;        int[] array = new int[size];        List<int> list = new List<int>(size);        Dictionary<int, int> dict = new Dictionary<int, int>(size);        // 初始化数据        for (int i = 0; i < size; i++)        {            array[i] = i;            list.Add(i);            dict[i] = i;        }        // 测试数组访问        Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();        long sum = 0;        for (int i = 0; i < size; i++)        {            sum += array[i];        }        sw.Stop();        Console.WriteLine($"数组耗时: {sw.ElapsedMilliseconds} ms");        // 测试List访问（略）        // 测试Dictionary访问（略）    }}

运行结果通常显示：**数组访问速度最快**，List次之，Dictionary最慢（尤其在整数键场景下）。这充分体现了数组性能优化的价值。

C#内存管理对数组的影响

C#的垃圾回收器（GC）会自动管理数组内存。但要注意：

• 大对象（如超过85KB的数组）会被分配到LOH（Large Object Heap），不会被压缩，容易产生内存碎片。
• 频繁创建/销毁大数组可能导致GC压力增大，影响程序性能。

因此，在高性能场景中，可考虑使用ArrayPool<T>复用数组，减少GC压力，这也是高级C#内存管理技巧之一。

总结

- C#数组在内存中以连续块形式存储，这是其高效访问的基础。
- 数组的索引访问是O(1)时间复杂度，得益于直接地址计算。
- 在需要高频读取、低延迟的场景，优先考虑使用数组。
- 合理利用C#内存管理机制（如ArrayPool）可进一步提升性能。

掌握C#数组内存布局和C#数组访问效率，不仅能让你写出更快的代码，还能深入理解底层运行机制。希望这篇教程对你有所帮助！