範圍
注意
本文是功能規格。 規格可作為功能的設計檔。 其中包含建議的規格變更，以及功能設計和開發期間所需的資訊。 這些文章會發佈，直到提議的規格變更完成並併併入目前的ECMA規格為止。
功能規格與已完成實作之間可能有一些差異。 這些差異是在相關的
總結
這項功能是傳遞兩個新的運算符，以允許建構 System.Index 和 System.Range 物件，並在運行時間使用這些運算符來編製/配量集合。
概述
已知的類型和成員
若要針對 System.Index 和 System.Range使用新的語法形式，可能需要新的已知類型和成員，視使用語法形式而定。
若要使用「hat」運算子（^），需要下列條件
namespace System
{
public readonly struct Index
{
public Index(int value, bool fromEnd);
}
}
若要在陣列元素存取中使用 System.Index 型別做為自變數，需要下列成員：
int System.Index.GetOffset(int length);
.. 語法對於 System.Range 需要 System.Range 類型，並且至少需要下列一個或多個成員：
namespace System
{
public readonly struct Range
{
public Range(System.Index start, System.Index end);
public static Range StartAt(System.Index start);
public static Range EndAt(System.Index end);
public static Range All { get; }
}
}
.. 語法允許其自變數都不存在或沒有任何自變數。 不論自變數數目為何，Range 建構函式一律足以使用 Range 語法。 然而，若有其他的成員出現且缺少一或多個 .. 的自變數，則可以替換成適當的成員。
最後，若要在數位元素存取表達式中使用類型 System.Range 的值，必須存在下列成員：
namespace System.Runtime.CompilerServices
{
public static class RuntimeHelpers
{
public static T[] GetSubArray<T>(T[] array, System.Range range);
}
}
System.Index
C# 無法從結尾編製集合的索引，但大部分的索引器都會使用 “from start” 概念，或執行 “length - i” 表達式。 我們引入了一個新的 Index 表達式，表示「從末端開始」。 此功能將引進新的一元前置詞 「hat」 運算子。 其單一操作數必須可轉換成 System.Int32。 它會被嵌入到適當的 System.Index 工廠方法呼叫中。
我們會使用下列其他語法形式來增強 unary_expression 文法：
unary_expression
: '^' unary_expression
;
我們會從結尾 運算符呼叫此
System.Index operator ^(int fromEnd);
這個運算子的行為只會針對大於或等於零的輸入值定義。
例子：
var array = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 };
var thirdItem = array[2]; // array[2]
var lastItem = array[^1]; // array[new Index(1, fromEnd: true)]
System.Range
C# 沒有語法來存取集合的「範圍」或「切片」。 通常使用者被迫實作複雜的結構，以篩選或操作記憶體片段，或訴諸 LINQ 方法，例如 list.Skip(5).Take(2)。 隨著新增 System.Span<T> 和其他類似類型，在語言／執行階段的更深層次上支援這類操作，並統一介面變得更為重要。
語言會在 x..y引進新的範圍運算元。 它是接受兩個表達式的二進位中置運算符。 您可以省略任一操作數（以下範例），而且它們必須可轉換成 System.Index。 它會降低到適當的 System.Range Factory 方法呼叫。
我們將 multiplicative_expression 的 C# 文法規則取代為下列內容，以便引入新的優先權層級：
range_expression
: unary_expression
| range_expression? '..' range_expression?
;
multiplicative_expression
: range_expression
| multiplicative_expression '*' range_expression
| multiplicative_expression '/' range_expression
| multiplicative_expression '%' range_expression
;
所有形式的 範圍運算子 具有相同的優先順序。 這個新的優先順序群組低於
我們將 .. 運算子稱為 範圍運算子。 內建範圍運算符可以大致理解為對應於此形式內建運算符的調用。
System.Range operator ..(Index start = 0, Index end = ^0);
例子：
var array = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 };
var slice1 = array[2..^3]; // array[new Range(2, new Index(3, fromEnd: true))]
var slice2 = array[..^3]; // array[Range.EndAt(new Index(3, fromEnd: true))]
var slice3 = array[2..]; // array[Range.StartAt(2)]
var slice4 = array[..]; // array[Range.All]
此外，System.Index 應該有來自 System.Int32的隱含轉換，以避免需要在多維度簽章上多載混合整數和索引。
將索引和範圍支援新增至現有的程式庫類型
隱含索引支援
語言會針對符合下列準則的類型，提供實例索引器成員，並提供類型為 Index 的單一參數：
- 此類型為 Countable。
- 此類型具有可存取的實例索引器，它會採用單一
int做為自變數。 - 此類型沒有可存取的實例索引器，它會接受
Index做為第一個參數。Index必須是唯一的參數，或其餘參數必須是選擇性參數。
若某類型具有名為 Length 的屬性或具有具可存取 getter 的 Count 並且傳回型別為 int的屬性，則該類型為 Countable。 語言可以利用此屬性將類型為 Index 的運算式在表達式處轉換為 int，而完全不需要使用類型 Index。 如果 Length 和 Count 都存在，建議使用 Length。 為了簡單起見，提案會使用名稱 Length 來代表 Count 或 Length。
針對這類類型，語言會模擬出一個類似 T this[Index index] 的索引器成員，其中 T 是 int 為基礎的索引器的回傳型別，包括任何 ref 樣式的註解。 新的成員將會擁有與int索引器相同的get和set成員，且它們的存取權限一致。
新的索引器會藉由將類型 Index 的自變數轉換成 int，併發出 int 型索引器呼叫來實作。 為了討論目的，讓我們使用 receiver[expr]的範例。 將 expr 轉換成 int，如下所示：
- 當自變數的格式為
^expr2，且expr2的類型為int時，它會轉譯為receiver.Length - expr2。 - 否則，它會轉譯為
expr.GetOffset(receiver.Length)。
不論特定轉換策略為何，評估的順序都應該等於下列各項：
-
receiver已經被評估 -
expr被評估 - 在需要時對
length進行評估； - 以
int為基礎的索引器被調用。
這可讓開發人員在現有類型上使用 Index 功能，而不需要修改。 例如：
List<char> list = ...;
var value = list[^1];
// Gets translated to
var value = list[list.Count - 1];
receiver 和 Length 表示式會適當地溢出，以確保任何副作用只會執行一次。 例如：
class Collection {
private int[] _array = new[] { 1, 2, 3 };
public int Length {
get {
Console.Write("Length ");
return _array.Length;
}
}
public int this[int index] => _array[index];
}
class SideEffect {
Collection Get() {
Console.Write("Get ");
return new Collection();
}
void Use() {
int i = Get()[^1];
Console.WriteLine(i);
}
}
此程式代碼會列印「取得長度 3」。
隱式範圍支援
語言會針對符合下列準則的類型，提供實例索引器成員，並提供類型為 Range 的單一參數：
- 此類型為 Countable。
- 此類型具有一個名為
Slice的可存取成員，該成員有兩個類型為int的參數。 - 此類型沒有實例索引器，它會採用單一
Range做為第一個參數。Range必須是唯一的參數，或其餘參數必須是選擇性參數。
針對這類類型，語言會綁定成為類似於格式 T this[Range range] 的索引器成員，其中 T 是 Slice 方法的傳回類型，包括任何 ref 風格註解。 新成員將擁有與 Slice相匹配的無障礙設計。
當 Range 型索引器系結在名為 receiver的運算式上時，會將 Range 表達式轉換成兩個值，然後傳遞至 Slice 方法，以降低此索引器。 為了討論目的，讓我們使用 receiver[expr]的範例。
Slice 的第一個自變數會透過下列方式轉換範圍型別表示式來取得：
- 當
expr的格式為expr1..expr2（其中可以省略expr2），且expr1的類型為int，則會發出為expr1。 - 當
expr格式為^expr1..expr2（其中可以省略expr2），則會發出為receiver.Length - expr1。 - 當
expr格式為..expr2（其中可以省略expr2），則會發出為0。 - 否則，它將以
expr.Start.GetOffset(receiver.Length)發出。
此值將會在計算第二個 Slice 自變數時重複使用。 當這樣做時，將其稱為 start。
Slice 的第二個參數將透過以下方式轉換範圍類型表達式來獲得：
- 當
expr的格式為expr1..expr2（其中可以省略expr1），且expr2的類型為int，則會發出為expr2 - start。 - 當
expr格式為expr1..^expr2（其中可以省略expr1），則會發出為(receiver.Length - expr2) - start。 - 當
expr格式為expr1..（其中可以省略expr1），則會發出為receiver.Length - start。 - 否則，它將被發射為
expr.End.GetOffset(receiver.Length) - start。
不論特定轉換策略為何，評估的順序都應該等於下列各項：
-
receiver已評估 -
expr被評估中； -
length視需要進行評估； - 將會調用
Slice方法。
receiver、expr和 length 表示式將被適當處理，以確保任何副作用僅執行一次。 例如：
class Collection {
private int[] _array = new[] { 1, 2, 3 };
public int Length {
get {
Console.Write("Length ");
return _array.Length;
}
}
public int[] Slice(int start, int length) {
var slice = new int[length];
Array.Copy(_array, start, slice, 0, length);
return slice;
}
}
class SideEffect {
Collection Get() {
Console.Write("Get ");
return new Collection();
}
void Use() {
var array = Get()[0..2];
Console.WriteLine(array.Length);
}
}
此程式代碼會列印「取得長度 2」。
語言將針對以下已知類型進行特別處理：
-
string：將會使用 方法Substring，而不是使用Slice。 -
array：將會使用 方法System.Runtime.CompilerServices.RuntimeHelpers.GetSubArray，而不是使用Slice。
替代方案
新的運算子（^ 和 ..）是語法糖。 此功能可以透過明確呼叫 System.Index 和 System.Range Factory 方法來實作，但會導致更多的未定案程序代碼，而且體驗會不合預期。
IL 表示法
這兩個運算符會降低為一般索引器/方法呼叫，後續編譯程式層不會有任何變更。
運行時間行為
- 編譯器可以針對內建類型（如陣列和字串）的索引器進行優化，並將索引降至適當的現有方法。
- 如果建構為負值，
System.Index將會擲回。 -
^0不會擲回，但它會轉譯為提供給它的集合/可列舉的長度。 -
Range.All語意上相當於0..^0，而且可以解構為這些索引。
考慮
根據 ICollection 偵測可編索引元素
此行為的靈感來自於集合初始化器。 使用型別的結構來傳達它已選擇加入功能。 在集合初始化類型的情況下，可以藉由實作介面 IEnumerable（非泛型）來加入功能。
此提案最初要求類型必須實作 ICollection，才能符合索引化的資格。 不過，這需要一些特殊案例：
-
ref struct：這些無法實作介面，但Span<T>這類類型非常適合索引/範圍支援。 -
string：不會實作ICollection並新增該介面的成本很大。
這表示已經需要支援金鑰類型的特殊大小寫。
string 的特殊處理不太重要，因為這個語言在其他領域也進行了類似的處理（foreach 轉小寫、常數處理等...）。ref struct 的特殊處理更令人關注，因為它特別針對整個類別的型別進行處理。 如果它們擁有一個名為 Count 的屬性，且傳回類型為 int，它們就會標示為 Indexable。
經過考慮後，設計已標準化，表示任何具有屬性 Count / Length 且傳回類型為 int 的類型都是 Indexable。 這會移除所有特殊處理，即使是針對 string 和陣列。
僅偵測計數
在屬性名稱上偵測 Count 或 Length 確實會使設計複雜一點。 只挑選一個來標準化 ，但還不夠，因為它最終排除了大量的類型：
- 使用
Length：排除幾乎所有 System.Collections 和子命名空間中的集合。 這些通常源自ICollection，因此比起長度，更偏好Count。 - 使用
Count：排除string、陣列、Span<T>和大多數以ref struct為基礎的類型
可索引型別初始偵測的額外複雜度，超過其在其他方面的簡化。
選擇「Slice」作為名稱
選擇名稱 Slice，是因為它實際上是 .NET 中切片操作的標準名稱。 從 netcoreapp2.1 開始，所有 Span 類型在切片操作中都使用名稱 Slice。 在 netcoreapp2.1 之前，實際上沒有任何可以作為範例參考的分片例子。
List<T>、ArraySegment<T>、SortedList<T> 等類型非常適合切割，但新增類型時，概念並不存在。
因此，Slice 作為唯一的範例，它被選為名稱。
索引目標類型轉換
在索引器表達式中將 Index 轉換視為目標類型轉換的另一種方式。 語言會將目標型別轉換指派給 int，而不是將其綁定為類似於 return_type this[Index]形式的成員。
這個概念可以一般化為可計數類型上的所有成員存取。 每當類型為 Index 的運算式被用作實例成員調用的引數，且接收者為 Countable 時，該運算式將進行目標型別轉換為 int。 適用於此轉換的成員呼叫包括方法、索引器、屬性、擴充方法等等...只有建構函式會排除，因為它們沒有接收者。
對於類型為 Index的任何運算式，將實作目標型別轉換。 為了討論，讓我們使用 receiver[expr]範例。
- 當
expr的格式為^expr2，且expr2的類型為int時，將會轉譯為receiver.Length - expr2。 - 否則，它會轉譯為
expr.GetOffset(receiver.Length)。
receiver 和 Length 表示式會適當地溢出，以確保任何副作用只會執行一次。 例如：
class Collection {
private int[] _array = new[] { 1, 2, 3 };
public int Length {
get {
Console.Write("Length ");
return _array.Length;
}
}
public int GetAt(int index) => _array[index];
}
class SideEffect {
Collection Get() {
Console.Write("Get ");
return new Collection();
}
void Use() {
int i = Get().GetAt(^1);
Console.WriteLine(i);
}
}
此程式代碼會列印「取得長度 3」。
這項功能對於有參數代表索引的任何成員都有幫助。 例如，List<T>.InsertAt。 這也有可能造成混淆，因為語言無法提供任何指引，說明表達式是否用於編製索引。 其所能做的就是在叫用 Countable 類型的成員時，將任何 Index 表達式轉換成 int。
限制：
- 只有當類型為
Index的表達式直接作為成員函數的參數時，才適用這項轉換。 它不適用於任何巢狀表達式。
在實作期間做出的決策
- 模式中的所有成員都必須是實例成員
- 如果找到 Length 方法，但其傳回類型不正確，請繼續尋找 Count 方法。
- 索引模式所用的索引器必須僅有一個 int 參數
- 用於 Range 模式的
Slice方法必須正好有兩個 int 參數 - 尋找模式成員時，我們會尋找原始定義，而不是建構的成員
