C# 索引器（Indexer）（超详细）

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在 C# 编程中，索引器（Indexer）是一个常被低估但功能强大的特性。它允许开发者像操作数组或集合一样，通过方括号 [] 的语法访问对象的成员。索引器的设计灵感来源于数组的下标访问方式，但其应用范围远不止于此。通过索引器，开发者可以灵活地控制对象内部数据的读写逻辑，甚至实现类似“动态属性”的功能。对于初学者而言，理解索引器的原理和用法，不仅能提升代码的简洁性，还能增强对面向对象编程（OOP）设计模式的掌握。本文将从基础语法、应用场景、高级特性到常见问题，系统性地解析 C# 索引器的全貌。

索引器的基本语法与核心概念

什么是索引器？

索引器是一种允许通过 对象[索引] 的语法访问对象成员的特殊属性。与普通属性不同，索引器不需要显式声明名称，而是通过 this 关键字定义。例如，当我们访问数组 arr[0] 时，实际上调用了数组类型的索引器。

基本语法结构

索引器的定义遵循以下格式：

public 返回类型 this[参数列表] {  
    get { /* 获取逻辑 */ }  
    set { /* 设置逻辑 */ }  
}  

关键点：

1. 必须使用 this 关键字作为访问符；
2. 参数列表可以包含多个类型（如 int、string 等），但必须至少有一个参数；
3. get 和 set 访问器可单独或同时存在。

与数组的对比

索引器的设计灵感来自数组，但其灵活性远超数组。例如，数组的索引只能是 int 类型，且必须连续；而索引器可以接受任意类型参数，甚至支持多维索引（如 obj[row, column]）。

索引器的典型应用场景

场景一：模拟数组或集合的访问方式

假设我们需要创建一个自定义数据结构 Matrix，用于存储二维数据。通过索引器，可以像操作数组一样访问元素：

public class Matrix {  
    private int[,] _data;  

    public Matrix(int rows, int cols) {  
        _data = new int[rows, cols];  
    }  

    public int this[int row, int column] {  
        get => _data[row, column];  
        set => _data[row, column] = value;  
    }  
}  
// 使用示例：  
var matrix = new Matrix(3, 3);  
matrix[0, 1] = 10;  
Console.WriteLine(matrix[0, 1]); // 输出 10  

比喻：索引器就像一本书籍的目录，通过章节和页码（索引参数）快速定位内容（数据）。

场景二：数据验证与封装

索引器可以结合 get 和 set 访问器，实现数据验证逻辑。例如，一个 AgeCollection 类，确保年龄值始终为正数：

public class AgeCollection {  
    private int[] _ages;  

    public AgeCollection(int size) {  
        _ages = new int[size];  
    }  

    public int this[int index] {  
        get => _ages[index];  
        set {  
            if (value < 0)  
                throw new ArgumentOutOfRangeException("年龄不能为负数");  
            _ages[index] = value;  
        }  
    }  
}  

此示例展示了索引器如何替代公共字段，同时提供输入校验，体现了封装原则。

场景三：动态属性访问

索引器可以接受 string 类型参数，实现类似字典（Dictionary）的键值对访问：

public class PropertyBag {  
    private Dictionary<string, object> _properties = new();  

    public object this[string key] {  
        get => _properties[key];  
        set => _properties[key] = value;  
    }  
}  
// 使用示例：  
var bag = new PropertyBag();  
bag["name"] = "Alice";  
Console.WriteLine(bag["name"]); // 输出 Alice  

对比：此场景与属性（Property）的区别在于，属性需要预先声明名称（如 Name），而索引器通过动态键名实现灵活访问。

索引器的高级特性与最佳实践

特性一：多索引器重载

一个类可以定义多个索引器，只要它们的参数列表不同。例如，一个 MultiIndexer 类支持 int 和 string 类型的索引：

public class MultiIndexer {  
    private Dictionary<string, object> _properties = new();  
    private object[] _items = new object[10];  

    // 整数索引器  
    public object this[int index] {  
        get => _items[index];  
        set => _items[index] = value;  
    }  

    // 字符串索引器  
    public object this[string key] {  
        get => _properties[key];  
        set => _properties[key] = value;  
    }  
}  

注意：索引器重载需通过参数类型区分，不能仅靠数量或顺序。

特性二：只读或只写索引器

与普通属性类似，索引器可以省略 get 或 set 访问器，例如只读索引器：

public class ReadOnlyIndexer {  
    private string[] _data = { "A", "B", "C" };  

    public string this[int index] {  
        get => _data[index];  
    }  
}  
// 使用时无法赋值：  
var ro = new ReadOnlyIndexer();  
ro[0] = "X"; // 编译错误  

特性三：泛型索引器

结合泛型，索引器可以实现类型安全的访问：

public class GenericIndexer<T> {  
    private T[] _items;  

    public GenericIndexer(int size) {  
        _items = new T[size];  
    }  

    public T this[int index] {  
        get => _items[index];  
        set => _items[index] = value;  
    }  
}  
// 使用：  
var list = new GenericIndexer<string>(3);  
list[0] = "Hello";  
Console.WriteLine(list[0]); // 输出 Hello  

常见问题与解决方案

问题一：索引器与属性的区别

解决方案：若需固定名称的访问，使用属性；若需通过参数动态访问数据，选择索引器。

问题二：索引器参数类型的选择

• 推荐类型：int（最常用）、string（键值对）、enum（枚举类型）
• 避免类型：复杂对象或可变类型（如 List<T>），可能导致代码难以维护

问题三：性能优化

索引器内部应避免复杂计算或数据库操作。例如，以下代码因每次访问都计算平方根，可能影响性能：

public class SlowIndexer {  
    private double[] _data;  

    public double this[int index] {  
        get => Math.Sqrt(_data[index]); // 每次访问计算平方根  
    }  
}  

优化建议：将计算移到其他方法，或缓存结果。

综合案例：实现自定义集合类

以下示例演示如何通过索引器创建一个支持动态扩展的 DynamicArray 类：

public class DynamicArray {  
    private object[] _items = new object[0];  

    public int Count => _items.Length;  

    public object this[int index] {  
        get {  
            if (index < 0 || index >= Count)  
                throw new IndexOutOfRangeException();  
            return _items[index];  
        }  
        set {  
            if (index < 0)  
                throw new IndexOutOfRangeException();  
            if (index >= Count) {  
                Array.Resize(ref _items, index + 1);  
            }  
            _items[index] = value;  
        }  
    }  
}  
// 使用示例：  
var arr = new DynamicArray();  
arr[5] = "Hello"; // 自动扩展到索引5  
Console.WriteLine(arr.Count); // 输出 6  

此案例展示了索引器如何动态管理集合大小，并处理越界情况。

结论

C# 索引器（Indexer）通过简洁的语法和灵活的设计，为开发者提供了强大的数据访问能力。无论是模拟数组、实现数据验证，还是构建动态属性，索引器都能显著提升代码的可读性和可维护性。对于初学者，建议从基础语法开始，逐步尝试结合多索引器重载和泛型特性，最终掌握这一工具的精髓。记住，索引器的核心价值在于“以用户友好的方式暴露复杂逻辑”，而非单纯替代数组或集合。通过合理设计，索引器可以成为面向对象编程中不可或缺的利器。

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