Коллекции и массивы

Массив — это коллекция фиксированного размера с индексацией от нуля и однородными элементами. Даже int[] является ссылочным типом-объектом в куче, хранящим элементы одного типа. Его Length задаётся при создании и не меняется, а каждый доступ по индексу проверяется на границы и бросает IndexOutOfRangeException за концом.

Array имеет фиксированную длину и строго типизирован одним типом элемента. ArrayList расширяемый, но хранит каждый элемент как object, поэтому значимые типы упаковываются при вставке, а чтение требует приведения — теряя производительность и типобезопасность. Современный код предпочитает List<T>: расширяемый, но обобщённый, без упаковки и приведений.

IEnumerator — это курсор по последовательности: MoveNext() сдвигает и возвращает, есть ли элемент, Current читает элемент под курсором, а Reset() перематывает назад. Коллекция реализует IEnumerable, чей GetEnumerator() отдаёт свежий перечислитель. foreach — синтаксический сахар, вызывающий GetEnumerator(), крутящий MoveNext() и читающий Current на каждом проходе.

Hashtable необобщённый: его ключи и значения — object, поэтому значимые типы упаковываются при вставке, а чтение требует приведений, и он слабо типизирован. Dictionary<TKey,TValue> обобщён и типобезопасен, храня ключи и значения их реальными типами без упаковки. Оба хешируют ключ для поиска в среднем за O(1); обобщённый — современный выбор по умолчанию.

Запись new { Name = x, Age = y } заставляет компилятор сгенерировать безымянный неизменяемый тип с read-only свойствами, выведенными из инициализатора. Так как имени для хранения у него нет, он используется только через var или вывод типов, никогда не объявляется явно. Главное применение — формирование промежуточных результатов в LINQ-проекциях.

Зубчатый массив int[][] — это массив независимых строк-массивов, поэтому каждая строка — отдельный объект в куче и строки могут различаться по длине. Прямоугольный массив int[,] — единый непрерывный блок с фиксированными размерностями, заданными при создании, где все строки одной длины. Зубчатый обменивает лишнюю косвенность на неровные размеры строк.

List<T> оборачивает внутренний массив. Count — сколько элементов он хранит; Capacity — сколько слотов сейчас в этом массиве. Когда при Add Count достигает Capacity, выделяется больший массив — обычно с удвоением — и существующие элементы копируются в него. Эти копии редки и размазаны по многим вставкам, поэтому Add амортизированно O(1).

Array.Clone() выделяет и возвращает совершенно новый массив, а CopyTo записывает элементы в уже существующий массив назначения, которым вы владеете. Оба делают поверхностную копию: значимые элементы копируются побитово, а у ссылочных копируются лишь ссылки, поэтому исходник и копия делят одни и те же объекты.