在 C# 中，对数组和集合范围进行边界检查是保证代码安全性和稳定性的重要步骤。边界检查可以防止数组越界异常（如 IndexOutOfRangeException）和无效操作（如访问不存在的元素）。以下介绍数组和集合范围的边界检查方法和技巧：

数组的边界检查

1. 使用Length属性检查索引范围

数组的 Length 属性表示数组中元素的总数。可以通过比较索引值和 Length 来判断索引是否有效。

示例代码

int[] array = { 10, 20, 30, 40, 50 };

int index = 3;
if (index >= 0 && index < array.Length)
{
    Console.WriteLine(#34;元素值: {array[index]}");
}
else
{
    Console.WriteLine("索引超出范围！");
}

2. 使用Array.GetValue和Array.SetValue方法

Array.GetValue 和 Array.SetValue 会在访问时自动执行边界检查，避免手动判断。

示例代码

try
{
    int value = (int)array.GetValue(3); // 有效索引
    Console.WriteLine(#34;值为: {value}");
    array.SetValue(60, 5); // 索引超出范围，将引发异常
}
catch (IndexOutOfRangeException ex)
{
    Console.WriteLine(#34;异常: {ex.Message}");
}

3. 使用切片操作符（^和..）自动处理范围

在 C# 8.0 中，可以使用切片操作符轻松截取数组的一部分，自动避免超出范围的操作。

示例代码

int[] subArray = array[1..4]; // 索引 1 到 3 的元素
foreach (var item in subArray)
{
    Console.WriteLine(item);
}

集合的边界检查

1. 使用Count属性检查索引范围

集合（如 List<T>）的 Count 属性表示元素的个数，可以用来判断索引的合法性。

示例代码

List<int> list = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };

int index = 2;
if (index >= 0 && index < list.Count)
{
    Console.WriteLine(#34;元素值: {list[index]}");
}
else
{
    Console.WriteLine("索引超出范围！");
}

2. 使用TryGetValue避免异常（适用于字典）

对于字典，可以使用 TryGetValue 方法安全地获取值，避免 KeyNotFoundException。

示例代码

Dictionary<int, string> dictionary = new Dictionary<int, string>
{
    { 1, "One" },
    { 2, "Two" },
    { 3, "Three" }
};

int key = 2;
if (dictionary.TryGetValue(key, out string value))
{
    Console.WriteLine(#34;Key {key}: Value {value}");
}
else
{
    Console.WriteLine("键不存在！");
}

3. 使用ElementAtOrDefault防止超出范围（适用于IEnumerable<T>）

IEnumerable<T> 提供 ElementAtOrDefault 方法，超出范围时返回默认值，而不会引发异常。

示例代码

var enumerable = new List<int> { 10, 20, 30 };

int index = 5;
int value = enumerable.ElementAtOrDefault(index); // 超出范围时返回默认值（0）
Console.WriteLine(value);

通用技巧

1. 封装边界检查逻辑

将边界检查逻辑封装到一个通用方法中，减少重复代码。

示例代码

public static T GetElementSafe<T>(IList<T> list, int index)
{
    return (index >= 0 && index < list.Count) ? list[index] : default;
}

// 调用示例
var list = new List<int> { 1, 2, 3, 4 };
Console.WriteLine(GetElementSafe(list, 2)); // 输出: 3
Console.WriteLine(GetElementSafe(list, 5)); // 输出: 0 (默认值)

2. 使用Contract或断言库

可以使用 .NET 的 System.Diagnostics.Contracts 或第三方库（如 FluentAssertions）来验证边界。

示例代码

using System.Diagnostics.Contracts;

int index = 3;
Contract.Requires(index >= 0 && index < array.Length); // 若条件不满足，会引发异常
Console.WriteLine(array[index]);

边界检查的异常处理

常见异常

1. IndexOutOfRangeException
2. 数组索引超出范围。
3. 发生场景：访问无效的数组索引。
4. ArgumentOutOfRangeException
5. 集合操作参数无效。
6. 发生场景：如 List<T>.Insert 的无效索引。
7. KeyNotFoundException
8. 尝试访问字典中不存在的键。

解决方案

• 优先检查边界：在访问数组或集合之前进行索引和范围检查。
• 使用 try-catch 捕获异常：对可能越界的操作进行捕获并处理。
• 选择安全的方法：如 ElementAtOrDefault、TryGetValue 等。

总结

边界检查是保障程序健壮性的关键。通过以下原则可以有效避免问题：

1. 提前检查索引或键的有效性。
2. 使用内置安全方法（如 TryGetValue 和 ElementAtOrDefault）。
3. 对潜在的边界问题进行异常捕获和处理。
4. 根据场景选择适当的数据访问方式（如切片、并行）。