Arrays in C#

الـ Array هو واحد من أهم المفاهيم في البرمجة، وبنستخدمه عشان نحل مشكلة تخزين أكتر من قيمة في متغير واحد. بدل ما نعرّف 100 متغير عشان نخزن 100 رقم، نقدر نستخدم Array واحد يخزنهم كلهم.

الـ Array هو عبارة عن مجموعة من العناصر من نفس نوع البيانات بتتخزن تحت اسم واحد. في C#، الـ Arrays تعتبر من الـReference Types، وده معناه إنها بتتعامل كـ objects من الـ class اللي اسمه System.Array وبيتم تخزينها في الـ Heap.

Array Properties

الـ Arrays ليها شوية خصائص أساسية بتميزها:

1. الـ Fixed Type (Same Data Type): كل العناصر اللي جوه الـ Array لازم تكون من نفس نوع البيانات.
2. الـ Fixed Size: حجم الـ Array ثابت ومبيتغيرش بعد ما نحدده. لازم نكون عارفين مسبقًا هنخزن كام عنصر.
3. الـ Sequential in Memory: العناصر بتتخزن في أماكن متتالية ورا بعض في الذاكرة، وده بيخلي الوصول ليها سريع.
4. الـ Direct Access: نقدر نوصل لأي عنصر بشكل مباشر وفوري عن طريق الـ index بتاعه.

How to Create and Initialize an Array

فيه طرق مختلفة عشان ننشئ ونخصص قيم للـ Array:

1. Declaration and Allocation Separately

// Step 1: Declare a reference for an array of integers.
// At this point, Arr is just a reference pointing to null.
// Zero bytes have been allocated in the Heap for the array itself.
int[] Arr;
 
// Step 2: Allocate memory in the Heap for 5 integers.
// The array is initialized with the default value for its type (0 for int).
Arr = new int[5]; 

2. Declaration and Initialization Together

// The most explicit way
int[] Arr1 = new int[5] { 3, 4, 5, 6, 7 };
 
// The compiler can infer the size from the number of elements
int[] Arr2 = new int[] { 3, 4, 5, 6, 7 };
 
// The simplest and most common syntax
int[] Arr3 = { 3, 4, 5, 6, 7 };

3. Implicitly Typed Arrays (var)

لما بنستخدم var، الـ compiler بيستنتج نوع الـ Array من العناصر اللي بنمررها.

// The compiler knows this is an int[] array
var numbers = new[] { 10, 20, 30, 40, 50 };

Accessing and Changing Array Elements

بنستخدم الـ index عشان نوصل لعناصر الـ Array. الـ index دايمًا بيبدأ من 0.

string[] cars = {"Volvo", "BMW", "Ford", "Mazda"};
 
// Access the first element
Console.WriteLine(cars[0]);
// Outputs: Volvo

وبرضو بنستخدم الـ index عشان نغير قيمة أي عنصر:

string[] cars = {"Volvo", "BMW", "Ford", "Mazda"};
cars[0] = "Opel";
 
// The value at index 0 is now changed
Console.WriteLine(cars[0]);
// Outputs: Opel

Accessing an Element Out of Bounds

لو حاولت توصل لـ index مش موجود في الـ Array (أكبر من Length - 1)، البرنامج مش هيطلع error وقت الـ compilation، لكن هيحصل runtime error وهيظهر Exception من نوع IndexOutOfRangeException.

string[] countries = new string[3];
countries[3] = "India"; // This will cause an IndexOutOfRangeException at runtime

Memory Representation of Arrays

لما بتنشئ Array، العناصر بتاعته بتتخزن في الذاكرة ورا بعض. مثلًا لو عندنا int[] A = new int[5]; وافترضنا إن كل int بياخد 4 bytes، هيكون شكلهم في الذاكرة كالتالي:

graph LR
    subgraph Heap Memory
        direction LR
        A["A[0]"] --- B["A[1]"] --- C["A[2]"] --- D["A[3]"] --- E["A[4]"]
    end
    
    subgraph Stack Memory
        ref[Array Reference 'A'] --> A
    end

الـ Array نفسه (العناصر) موجود في الـ Heap، والمتغير A اللي في الـ Stack هو مجرد reference بيشاور على أول عنصر في الـ Array.

Looping Through an Array

عشان نلف على كل عناصر الـ Array، بنستخدم الـ loops.

int[] arr = new int[3]; // Array is initialized with {0, 0, 0}
 
// Use a 'for' loop to read values from the user and fill the array
for(int i = 0; i < arr.Length; i++)
{
	arr[i] = int.Parse(Console.ReadLine());
}
 
// Use a 'foreach' loop to print the values
foreach (int element in arr)
{
    Console.WriteLine(element);
}

For Loop vs. Foreach Loop

فيه فرق مهم بين الاتنين لما بنتعامل مع Arrays:

Feature	for Loop	foreach Loop
Purpose	تقدر تقرا وتعدل قيم العناصر.	للقراءة فقط (Read-only).
Loop Variable	متغير الـ loop بيكون int وبيمثل الـ index.	متغير الـ loop بيكون من نفس نوع عناصر الـ Array وبيمثل القيمة نفسها.
Usage	مناسب لو محتاج الـ index أو لو هتعدل قيم.	مناسب لو عايز تقرا القيم بس، وشكله أبسط.

Array as a Reference Type

لإن الـ Array هو reference type، لما بتعمل عملية assignment بين اتنين Arrays، إنت مبتنسخش القيم، إنت بتخلي الاتنين references يشاوروا على نفس الـ object في الذاكرة.

int[] Arr01 = { 1, 7, 5, 3, 8, 6, 4, 2 };
int[] Arr02 = { 7, 8, 9 };
 
Console.WriteLine($"Arr01 HashCode: {Arr01.GetHashCode()}"); // e.g., 27252167
Console.WriteLine($"Arr02 HashCode: {Arr02.GetHashCode()}"); // e.g., 59941933
 
// Assignment: Arr02 now points to the same object as Arr01
Arr02 = Arr01;
 
// Now both references point to the same object in memory
Console.WriteLine("--- After Assignment: Arr02 = Arr01 ---");
Console.WriteLine($"Arr01 HashCode: {Arr01.GetHashCode()}"); // 27252167
Console.WriteLine($"Arr02 HashCode: {Arr02.GetHashCode()}"); // 27252167 (Now identical)
 
// The original object {7, 8, 9} is now unreachable and will be collected by the GC.

Cloning an Array

لو عايز تعمل نسخة جديدة من الـ Array بقيمها، بتستخدم Clone() أو Array.Copy().

// Clone() creates a new object with a new identity but the same state (values)
// This performs a Shallow Copy.
Arr02 = (int[])Arr01.Clone();
 
// We must use explicit casting (int[]) because Clone() returns a generic 'object'.
// Derived = Base is not valid, but a cast makes it valid.
 
Console.WriteLine("--- After Clone ---");
Console.WriteLine($"Arr01 HashCode: {Arr01.GetHashCode()}"); // 27252167
Console.WriteLine($"Arr02 HashCode: {Arr02.GetHashCode()}"); // e.g., 2606490 (A new, different hash code)

Array Class Methods and Properties

الـ Array class بيوفر مجموعة من الأدوات الجاهزة للتعامل مع الـ Arrays.

• الـ Length: هي Property بترجع العدد الإجمالي للعناصر.
• الـ Rank: هي Property بترجع عدد الأبعاد (1 للـ 1D array).
• الـ Sort(): هي Method بترتب العناصر تصاعديًا.
• الـ Clear(): هي Method عشان تمسح كل العناصر.
• الـ Reverse(): هي Method بتعكس ترتيب العناصر.
• الـ Copy(): هي Method بتنسخ عناصر من array للتانية.
• الـ Clone(): هي Method بتعمل نسخة جديدة من الـ Array.
• الـ Min(), Max(), Sum(): هي Methods من System.Linq بتحسب أقل قيمة، أكبر قيمة، والمجموع.

Array.Copy Method

الـArray.Copy بتنسخ جزء من array أو كلها لـ array تانية.

بنستخدمها عشان نعمل Deep Copy

Basic Syntax

public static void Copy(Array sourceArray, Array destinationArray, int length);

• الـ sourceArray: الـ Array اللي هننسخ منها.
• الـ destinationArray: الـ Array اللي هننسخ فيها.
• الـ length: عدد العناصر اللي هتتنسخ.

Overload with Indices

public static void Copy(Array sourceArray, int sourceIndex, Array destinationArray, int destinationIndex, int length);

النسخة دي بتسمحلك تحدد هتبدأ تنسخ منين (sourceIndex) وهتحط النسخة فين (destinationIndex).

Important Considerations

• الـ Type Compatibility: النوعين لازم يكونوا متوافقين.
• الـ Bounds Checking: الـ destinationArray لازم يكون حجمها كافي.
• الـ Shallow Copy: الـ Copy() بتعمل Shallow Copy، يعني لو العناصر reference types، هي هتنسخ الـ references بس مش الـ objects نفسها. شوف Cs Shallow and deep copy.

Types of Arrays in C#

1. Single-Dimensional Array

ده النوع اللي اتكلمنا عنه لحد دلوقتي، عبارة عن صف واحد من البيانات.

2. Multi-Dimensional Array (Rectangular)

ده array ليه أكتر من بعد، أشهرهم الـ 2D Array اللي بيكون شبه جدول ليه صفوف وأعمدة (rows and columns).

Creation and Access

// dataType[,] arrayName = new dataType[rows, columns];
 
// A 2x3 array (2 rows, 3 columns)
int[,] matrix = { {1, 2, 3}, {4, 5, 6} };
 
// Accessing an element at row 1, column 2
Console.WriteLine(matrix[1, 2]); // Outputs: 6

Looping

بنستخدم nested loops عشان نلف على كل العناصر.

for (int i = 0; i < matrix.GetLength(0); i++) // GetLength(0) gets the number of rows
{
    for (int j = 0; j < matrix.GetLength(1); j++) // GetLength(1) gets the number of columns
    {
        Console.Write(matrix[i, j] + "\t");
    }
    Console.WriteLine();
}

3. Jagged Array

ده نوع خاص من الـ 2D Arrays، بيسموه “array of arrays”. هنا، كل صف هو عبارة عن 1D array مستقل، وممكن يكون ليه طول مختلف عن باقي الصفوف.

// Syntax: dataType[][] arrayName = new dataType[rows][];
 
// Create a jagged array with 3 rows
int[][] jaggedArray = new int[3][];
 
// Initialize each row with a different size
jaggedArray[0] = new int[] { 1, 2, 3 };
jaggedArray[1] = new int[] { 4, 5 };
jaggedArray[2] = new int[] { 6, 7, 8, 9 };
 
// Accessing an element
Console.WriteLine(jaggedArray[1][0]); // Outputs: 4

Advantages and Disadvantages of Arrays

Advantages

1. الـ Efficiency: تخزين العناصر ورا بعض في الذاكرة بيخلي الوصول ليها سريع جدًا.
2. الـ Strongly Typed: الـ Arrays في C# قوية النوع، يعني مبتسمحش بتخزين أنواع مختلفة في نفس الـ array. ده بيمنع أخطاء الـ runtime وبيحسن الأداء (لأنه بيتجنب عمليات الـ boxing/unboxing).
3. الـ Foundation: بتستخدم لبناء هياكل بيانات تانية أعقد زي Lists, Stacks, Queues.

Disadvantages

1. الـ Fixed Size: أكبر عيب هو إن حجمها ثابت. لو حجزت حجم كبير زيادة عن اللزوم، بتهدر الذاكرة. ولو حجزت حجم قليل، هتحتاج تعمل array جديدة وتنسخ العناصر القديمة، وده مكلف.
2. الـ Manipulation: صعب تضيف أو تحذف عنصر من نص الـ array من غير ما تعمل عمليات نقل ونسخ كتير.

بسبب العيوب دي، C# بتقدم حلول تانية زي الـ Collections (مثل List<T>) اللي بتوفر مرونة أكبر في التعامل مع حجم البيانات.