C#集合類型概述

集合是.NET FCL(Framework Class Library)中很重要的一部分。所有的集合類都繼承自IEnumerable。集合類總體可分為一下幾類：關(guān)聯(lián)/非關(guān)聯(lián)型集合，順序/隨機訪問集合，順序/無序集合，泛型/非泛型集合，線程安全集合。

各集合類底層接口關(guān)系圖

泛型與非泛型集合類的分析

泛型集合是類型安全的，基于固定的泛型T,運行時不需要像非泛型的執(zhí)行Object和具體類型的類型轉(zhuǎn)換。

泛型集合的效率相對較高。

兩者都能實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，不同的是泛型只能存放T類型數(shù)據(jù)，有運行時檢測，而非泛型的都轉(zhuǎn)化為Object存儲，能存儲任意類型，包括值類型，會帶來裝箱拆箱的性能損耗，同時都是Object類型（弱類型）編譯時無法類型檢測，運行時會導(dǎo)致類型不一致的安全性問題。

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具體接口/類分析

CollectionBase/DictionaryBase的目的

都是抽象類，不能實例化；

目的是提供給用戶自定義實現(xiàn)強類型的集合，解決一般非泛型集合的弱類型不安全的問題。

IEnumerator/IEnumerable

IEnumerator定義了我們遍歷集合的基本方法，以便我們可以實現(xiàn)單向向前的訪問集合中的每一個元素。?所有的集合類都繼承了IEnumerator接口，包括String類。而IEnumerable只有一個方法GetEnumerator即得到遍歷器。

ICollection<T>和ICollection

從最上面第一張圖我們可以知道，ICollection是直接繼承自IEnumerable。而實際上也是如此，我們可以說ICollection比IEnumerable多支持一些功能，不僅僅只提供基本的遍歷功能，還包括：

統(tǒng)計集合和元素個數(shù)?
獲取元素的下標?
判斷是否存在?
添加元素到未尾?
移除元素等等。。。?
ICollection 與ICollection<T> 略有不同，ICollection不提供編輯集合的功能，即Add和Remove。包括檢查元素是否存在Contains也不支持。

IList和IList

IList則是直接繼承自ICollection和IEnumerable。所以它包括兩者的功能，并且支持根據(jù)下標訪問和添加元素。IndexOf, Insert, RemoveAt等等。我們可以這樣說，IEnumerable支持的功能最少，只有遍歷。而ICollection支持的功能稍微多一點，不僅有遍歷還有維護這個集合的功能。而IList是最全的版本。

IReadOnlyList<T>

這個是在Framework4.5中新增的接口類型，可以被看作是IList的縮減版，去掉了所有可能更改這個集合的功能。比如：Add, RemoveAt等等。

IDictionary<TKey,TValue>

IDictionary提供了對鍵值對集合的訪問，也是繼承了ICollection<T>和IEnumerable，擴展了通過Key來訪問和操作數(shù)據(jù)的方法。

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關(guān)聯(lián)性泛型集合類

關(guān)聯(lián)性集合類即我們常說的鍵值對集合，允許我們通過Key來訪問和維護集合。我們先來看一下 FCL為我們提供了哪些泛型的關(guān)聯(lián)性集合類：

Dictionary <TKey,TValue>?
SortedDictionary<TKey,TValue>?
SortedList<TKey,TValue>?
Dictionary<TKey,TValue>

Dictionary<TKey,TValue>

是我們最常用的關(guān)聯(lián)性集合了，它的訪問，添加，刪除數(shù)據(jù)所花費的時間是所有集合類里面最快的，因為它內(nèi)部用了Hashtable作為存儲結(jié)構(gòu)，所以不管存儲了多少鍵值對，查詢/添加/刪除所花費的時間都是一樣的,它的時間復(fù)雜度是O(1)。

Dictionary<TKey,TValue>優(yōu)勢是查找插入速度快，那么什么是它的劣勢呢？因為采用Hashtable作為存儲結(jié)構(gòu)，就意味著里面的數(shù)據(jù)是無序排列的，所以想按一定的順序去遍歷Dictionary<TKey,TValue>里面的數(shù)據(jù)是要費一點工夫的。

作為TKey的類型必須實現(xiàn)GetHashCode()和Equals() 或者提供一個IEqualityComparer，否則操作可能會出現(xiàn)問題。

SortedDictioanry<TKey,TValue>

SortedDictionary<TKey,TValue>和Dictionary<TKey,TValue>大致上是類似的，但是在實現(xiàn)方式上有一點點區(qū)別。SortedDictionary<TKey,TValue>用二叉樹作為存儲結(jié)構(gòu)的。并且按key的順序排列。那么這樣的話SortedDictionary<TKey,TValue>的TKey就必須要實現(xiàn)IComparable<TKey>。如果想要快速查詢的同時又能很好的支持排序的話，那就使用SortedDictionary吧。

SortedList<TKey,TValue>

SortedList<TKey,TValue>是另一個支持排序的關(guān)聯(lián)性集合。但是不同的地方在于，SortedList實際是將數(shù)據(jù)存存儲在數(shù)組中的。也就是說添加和移除操作都是線性的，時間復(fù)雜度是O(n)，因為操作其中的元素可能導(dǎo)致所有的數(shù)據(jù)移動。但是因為在查找的時候利用了二分搜索，所以查找的性能會好一些，時間復(fù)雜度是O(log n)。所以推薦使用場景是這樣地：如果你想要快速查找，又想集合按照key的順序排列，最后這個集合的操作（添加和移除）比較少的話，就是SortedList了。

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非關(guān)聯(lián)性泛型集合類

非關(guān)聯(lián)性集合就是不用key操作的一些集合類，通常我們可以用元素本身或者下標來操作。FCL主要為我們提供了以下幾種非關(guān)聯(lián)性的泛型集合類。

List<T>?
LinkedList<T>?
HashSet<T>?
SortedSet<T>?
Stack<T>?
Queue<T>?
List<T>

泛型的List 類提供了不限制長度的集合類型，List在內(nèi)部維護了一定長度的數(shù)組(默認初始長度是4)，當我們插入元素的長度超過4或者初始長度 的時候，會去重新創(chuàng)建一個新的數(shù)組,這個新數(shù)組的長度是初始長度的2倍（不永遠是2倍，當發(fā)現(xiàn)不斷的要擴充的時候，倍數(shù)會變大），然后把原來的數(shù)組拷貝過來。所以如果知道我們將要用這個集合裝多少個元素的話，可以在創(chuàng)建的時候指定初始值，這樣就避免了重復(fù)的創(chuàng)建新數(shù)組和拷貝值。

另外的話由于內(nèi)部實質(zhì)是一個數(shù)組，所以在List的未必添加數(shù)據(jù)是比較快的，但是如果在數(shù)據(jù)的頭或者中間添加刪除數(shù)據(jù)相對來說更低效一些因為會影響其它數(shù)據(jù)的重新排列。

LinkedList<T>

LinkedList在內(nèi)部維護了一個雙向的鏈表，也就是說我們在LinkedList的任何位置添加或者刪除數(shù)據(jù)其性能都是很快的。因為它不會導(dǎo)致其它元素的移動。一般情況下List已經(jīng)夠我們使用了，但是如果對這個集合在中間的添加刪除操作非常頻繁的話，就建議使用LinkedList。

HashSet<T>

HashSet是一個無序的能夠保持唯一性的集合。我們也可以把HashSet看作是Dictionary<TKey,TValue>，只不過TKey和TValue都指向同一個對象。HashSet非常適合在我們需要保持集合內(nèi)元素唯一性但又不需要按順序排列的時候。

HashSet不支持下標訪問。

SortedSet<T>

SortedSet和HashSet,就像SortedDictionary和Dictionary一樣，還記得這兩個的區(qū)別么？SortedSet內(nèi)部也是一個二叉樹，用來支持按順序的排列元素。

Stack<T>

后進先出的隊列?
不支持按下標訪問

Queu<T>

先進先出的隊列?
不支持按下標訪問

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推薦使用場景

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非泛型類集合

泛型集合類是在.NET2.0的時候出來的,也就是說在1.0的時候是沒有這么方便的東西的。現(xiàn)在基本上我們已經(jīng)不使用這些集合類了，除非在做一些和老代碼保持兼容的工作的時候。來看看1.0時代的.NET程序員們都有哪些集合類可以用。

ArraryList?
后來被List<T>替代。

HashTable 后來被Dictionary<TKey,TValue>替代。?
Queue 后來被Queue<T>替代。?
SortedList 后來被SortedList<T>替代。?
Stack 后來被Stack<T>替代。

線程安全的集合類

ConcurrentQueue 線程安全版本的Queue?
ConcurrentStack線程安全版本的Stack?
ConcurrentBag線程安全的對象集合?
ConcurrentDictionary線程安全的Dictionary?
BlockingCollection

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.NET為我們提供的集合類是我們很常用的工具類之一，希望這篇文章能夠幫助大家更好的認識這些集合類。當然，個人感覺還有不完善的地方，比如說HashTable和Binary Search Tree就沒有細究下去，包括單向鏈表和雙向鏈表之間的對比本文也沒有提及。感興趣的朋友可以深入了解一下。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C#集合类型总结和性能分析的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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