概述：在真正的對象化開發(fā)項目中，我們通常會將常用的業(yè)務(wù)實體抽象為特定的類，如Employee、Customer、Contact等，而多數(shù)的類之間會存在著相應(yīng)的關(guān)聯(lián)或依存關(guān)系，如Employee和Customer通過Contact而產(chǎn)生關(guān)聯(lián)、Contact是依賴于Employee和Customer而存在的。在實際的對象應(yīng)用模塊中，可能會有這樣的需求：獲得一組客戶對象（即Customers集合類的實例，如customers），指向其中一個Customer對象（如customers[i]），通過訪問這個Customer對象的屬性Name（customers[i].Name）和Contacts（如customers[i].Contacts）來查詢客戶的姓名和與該客戶的聯(lián)絡(luò)記錄，甚至遍歷Contacts對象，查找該客戶的某次聯(lián)絡(luò)摘要（即customers.[i].contacts[x].Summary）。為滿足以上集合類的需求，對照.NET Framework 的平臺實現(xiàn)，不難發(fā)現(xiàn)．NET在Collections命名空間下提供了一系列實現(xiàn)集合功能的類，并且根據(jù)適用環(huán)境的不同為開發(fā)者提供靈活多樣的選擇性：如通過索引訪問使用廣泛的ArrayList 和 StringCollection；通常在檢索后被釋放的先進(jìn)先出的Queue和后進(jìn)先出Stack；通過元素鍵對其元素進(jìn)行訪問Hashtable、SortedList、ListDictionary 和 StringDictionary；通過索引或通過元素鍵對其元素進(jìn)行訪問的NameObjectCollectionBase 和 NameValueCollection；以及具有集合類的特性而被實現(xiàn)在System.Array下的Array類等。本文將通過實現(xiàn)具有代表性的 “集合類”的兩種典型途徑，分析對比不同實現(xiàn)方式的差異性與適用環(huán)境，讓大家了解和掌握相關(guān)的一些技術(shù)，希望為大家的學(xué)習(xí)和開發(fā)工作起到拋磚引玉的作用（注：作者的調(diào)試運行環(huán)境為．NET Framework SDK 1.1）。
1．采用從CollectionBase抽象基類繼承的方式實現(xiàn)Customers集合類：
首先需要創(chuàng)建為集合提供元素的簡單類Customer：

/// <summary>
/// 描述一個客戶基本信息的類
/// </summary>
public class Customer
{
/// <summary>
/// 客戶姓名
/// </summary>
public string Name;

/// <summary>
/// 描述所有客戶聯(lián)絡(luò)信息的集合類
/// </summary>
//public Contacts Contacts=new Contacts();

/// <summary>
/// 不帶參數(shù)的Customer類構(gòu)造函數(shù)
/// </summary>
public Customer()
{
System.Console.WriteLine("Initialize instance without parameter");
}

/// <summary>
/// 帶參數(shù)的Customer類構(gòu)造函數(shù)
/// </summary>
public Customer(string name)
{
Name=name;
System.Console.WriteLine("Initialize instance with parameter");
}
}

以上就是Customer類的簡單框架，實用的Customer類可能擁有更多的字段、屬性、方法和事件等。值得注意的是在Customer類中還以公共字段形式實現(xiàn)了對Contacts集合類的內(nèi)聯(lián)，最終可形成Customer.Contacts[i]的接口形式，但這并不是最理想的集合類關(guān)聯(lián)方式，暫時將它注釋，稍后將詳加分析，這個類的代碼重在說明一個簡單類（相對于集合類的概念范疇）的框架；另外，該類還對類構(gòu)造函數(shù)進(jìn)行了重載，為聲明該類的實例時帶name參數(shù)或不帶參數(shù)提供選擇性。
接下來看我們的第一種集合類實現(xiàn)，基于從CollectionBase類派生而實現(xiàn)的Customers類：
/// <summary>
/// Customers 是Customer的集合類實現(xiàn)，繼承自CollectionBase
/// </summary>
public class Customers: System.Collections.CollectionBase
{
public Customers()
{

}
/// <summary>
/// 自己實現(xiàn)的Add方法
/// </summary>
/// <param name="customer"></param>
public void Add(Customer customer)
{
List.Add(customer);
}
/// <summary>
/// 自己實現(xiàn)的Remove方法
/// </summary>
/// <param name="index"></param>
public void Remove(int index)
{
if (index > Count - 1 || index < 0)
{
System.Console.WriteLine("Index not valid!");
}
else
{
List.RemoveAt(index);
}
}
}

以Customers集合類為例，結(jié)合集合輔助技術(shù)，希望大家能了解掌握以下知識：
從CollectionBase繼承實現(xiàn)集合類
Customers類采用從CollectionBase繼承的方式，不再需要在類內(nèi)聲明一個作為Customer集合容器的List對象，因為CollectionBase類已經(jīng)內(nèi)置了一個List對象，并已經(jīng)實現(xiàn)了Count、Clear、RemoveAt等等IList的重要接口（具體請參照MSDN中的CollectionBase 成員），只需要用戶顯示實現(xiàn)Add、Remove、IndexOf、Insert等等接口，代碼中僅簡單實現(xiàn)了Add方法和Remove方法的整參數(shù)版本作為示例。這種集合類的實現(xiàn)具有簡單高效的特點，CollectionBase已經(jīng)實現(xiàn)了較為完善的功能，實施者只要在其基礎(chǔ)上擴展自己所需的功能即可。

索引器的簡單實現(xiàn)
我們慣于操作數(shù)組的形式通常為array[i]，集合類可以看作是“對象的數(shù)組”，在C#中，幫助集合類實現(xiàn)數(shù)組式索引功能的就是索引器：
public Customer this[int index]
{
get
{
return (Customer) List[index];
}
}
將以上代碼加入到Customers類后，就實現(xiàn)了以整形index為參數(shù)，以List[index]強制類型轉(zhuǎn)換后的Customer類型返回值的Customers類只讀索引器，使用者以Customers[i].Name的方式，就可以訪問Customers集合中第i個Customer對象的姓名字段，是不是很神奇呢？文中的索引器代碼并未考慮下標(biāo)越界的問題，越界的處理方式應(yīng)參照與之類似的Remove方法。作者在此只實現(xiàn)了索引器的get訪問，沒有實現(xiàn)set訪問的原因?qū)⒃谙挛闹杏懻摗?

Item的兩種實現(xiàn)方式
用過VB的朋友們一定都很熟悉Customers.Itme(i).Name的形式，它實現(xiàn)了與索引器相同的作用，即通過一個索引值來訪問集合體中的特定對象，但I(xiàn)tem在C#當(dāng)中應(yīng)該以怎樣的形式實現(xiàn)呢？首先想到的實現(xiàn)途徑應(yīng)該是屬性，但你很快就會發(fā)現(xiàn)C#的屬性是不支持參數(shù)的，所以無法把索引值作為參數(shù)傳入，折中的辦法就是以方法來實現(xiàn)：
public Customer Item (int Index)
{
return (Customer) List[Index];
}
這個Item方法已經(jīng)可以工作了，但為什么說是折中的辦法呢，因為對Item的訪問將是采用Customers.Item(i).Name的語法形式,與C#‘[]’作數(shù)組下標(biāo)的風(fēng)格不統(tǒng)一，顯的有些突兀，但如果希望在語法上做到統(tǒng)一，哪怕是性能受一些影響也無所謂的話有沒有解決之道呢？請看以下代碼：
public Customers Item
{
get
{
return this;
}
}
這是以屬性形式實現(xiàn)的Item接口，但是由于C#的屬性不支持參數(shù)，所以我們返回Customers對象本身，也就是在調(diào)用Customers對象Item屬性時會引發(fā)對Customers索引器的調(diào)用，性能有所下降,但是的確實現(xiàn)了Customers.Item[i].Name的語法風(fēng)格統(tǒng)一。對比這兩種Item的實現(xiàn)，不難得出結(jié)論：以不帶參數(shù)的屬性形式實現(xiàn)的Item依賴于類的索引器，如果該類沒有實現(xiàn)索引器，該屬性將無法使用；并且由于對Item的訪問重定向到索引器性能也會下降；唯一的理由是：統(tǒng)一的C#索引下標(biāo)訪問風(fēng)格；采用方法實現(xiàn)的裨益正好與之相反，除了語法風(fēng)格較為別扭外，不存在依賴索引器、性能下降的問題。魚與熊掌難以兼得，如何取舍應(yīng)依據(jù)開發(fā)的實際需求決定。
中間語言的編譯缺省與Attribute的應(yīng)用
如果你既實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的索引器，又想提供名為“Item”的接口，編譯時就會出現(xiàn)錯誤“類‘WindowsApplication1.Customers’已經(jīng)包含了“Item”的定義”，但除了建立索引器外，你什么也沒有做，問題到底出在哪里？我們不得不從.NET中間語言IL來尋找答案了，在.NET命令行環(huán)境或Visual Studio .NET 命令提示環(huán)境下，輸入ILDASM，運行.NET Framework MSIL 反匯編工具，通過主菜單中的‘打開’加載只有索引器沒有Item接口實現(xiàn)的可以編譯通過的.NET PE執(zhí)行文件，通過直觀的樹狀結(jié)構(gòu)圖找到Customers類，你將意外地發(fā)現(xiàn)C#的索引器被解釋成了一個名為Item的屬性，以下是IL反編譯后的被定義為Item屬性的索引器代碼：
.property instance class WindowsApplication1.Customer
Item(int32)
{
.get instance class WindowsApplication1.Customer WindowsApplication1.Customers::get_Item(int32)
} // end of property Customers::Item
問題總算水落石出，就是C#編譯器‘自作聰明’地把索引器解釋成了一個名為Item的屬性，與我們期望實現(xiàn)的Item接口正好重名，所以出現(xiàn)上述的編譯錯誤也就在所難免。那么，我們有沒有方法告知編譯器，不要將索引器命名為缺省Item呢？答案是肯定的。
解決方法就是在索引器實現(xiàn)之前聲明特性：
[System.Runtime.CompilerServices.IndexerName("item")]
定義這個IndexerName特性將告知CSharp編譯器將索引器編譯成item而不是默認(rèn)的Item ，修改之后的索引器IL反匯編代碼為：
.property instance class WindowsApplication1.Customer
item(int32)
{
.get instance class WindowsApplication1.Customer WindowsApplication1.Customers::get_item(int32)
} // end of property Customers::item
當(dāng)然你可以將索引器的生成屬性名定義成其它名稱而不僅限于item，只要不是IL語言的保留關(guān)鍵字就可以。經(jīng)過了給索引器命名，你就可以自由地加入名為“Item”的接口實現(xiàn)了。

以下為Customer類和Customers類的調(diào)試代碼，在作者的Customers類中，為說明問題，同時建立了以item為特性名的索引器、一個Items方法和一個Item屬性來實現(xiàn)對集合元素的三種不同訪問方式，實際的項目開發(fā)中，一個類的索引功能不需要重復(fù)實現(xiàn)多次，可能只實現(xiàn)索引器或一個索引器加上一種形式的Item就足夠了：
public class CallTest
{
public static void Main()
{
Customers custs=new Customers();
System.Console.WriteLine(custs.Count.ToString());//Count屬性測試

Customer aCust=new Customer();//將調(diào)用不帶參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)
aCust.Name ="Peter";
custs.Add(aCust);//Add方法測試

System.Console.WriteLine(custs.Count.ToString());
System.Console.WriteLine(custs.Item[0].Name);//調(diào)用Item屬性得到
custs.Items(0).Name+="Hu";//調(diào)用Items方法得到
System.Console.WriteLine(custs[0].Name);//調(diào)用索引器得到

custs.Add(new Customer("Linnet"));//將調(diào)用帶name參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)
System.Console.WriteLine(custs.Count.ToString());
System.Console.WriteLine(custs.Items(1).Name);//調(diào)用Items方法得到
custs.Item[1].Name+="Li";//調(diào)用Items方法得到
System.Console.WriteLine(custs[1].Name);//調(diào)用索引器得到

custs.Remove(0);//Remove方法測試
System.Console.WriteLine(custs.Count.ToString());
System.Console.WriteLine(custs[0].Name);//Remove有效性驗證
custs[0].Name="Test passed" ;//調(diào)用索引器得到
System.Console.WriteLine(custs.Item[0].Name);
custs.Clear();
System.Console.WriteLine(custs.Count.ToString());//Clear有效性驗證

}
}
輸出結(jié)果為：
0
Initialize instance without parameter
1
Peter
PeterHu
Initialize instance with parameter
2
Linnet
LinnetLi
1
LinnetLi
Test passed
0

2．采用內(nèi)建ArrayList對象的方式實現(xiàn)集合類：
或許有經(jīng)驗的程序員們早已經(jīng)想到，可以在一個類中內(nèi)建一個數(shù)組對象，并在該類中通過封裝對該對象的訪問，一樣能夠?qū)崿F(xiàn)集合類。以下是采用這種思路的Contact元素類和Contacts集合類的實現(xiàn)框架：

public class Contact
{
protected string summary;

/// <summary>
/// 客戶聯(lián)系說明
/// </summary>
public string Summary
{
get
{
System.Console.WriteLine("getter access");
return summary;//do something, as get data from data source
}
set
{
System.Console.WriteLine("setter access");
summary=value;// do something , as check validity or Storage
}
}

public Contact()
{

}
}

public class Contacts
{
protected ArrayList List;

public void Add(Contact contact)
{
List.Add(contact);
}

public void Remove(int index)
{
if (index > List.Count - 1 || index < 0)
{
System.Console.WriteLine("Index not valid!");
}
else
{
List.RemoveAt(index);
}
}

public int Count
{
get
{
return List.Count;
}
}

public Contact this[int index]
{
get
{
System.Console.WriteLine("indexer getter access");
return (Contact) List[index];
}
set
{
List[index]=value;
System.Console.WriteLine("indexer setter access ");
}

}

public Contacts()
{
List=new ArrayList();
}
}
通過這兩個類的實現(xiàn)，我們可以總結(jié)以下要點：
采用ArrayList的原因
在Contacts實現(xiàn)內(nèi)置集合對象時，使用了ArrayList類，而沒有使用大家較為熟悉的Array類，主要的原因有：在現(xiàn)有的．NET v1.1環(huán)境中，Array雖然已經(jīng)暴露了IList.Add、IList.Insert、IList.Remove、IList.RemoveAt等典型的集合類接口，而實際上實現(xiàn)這些接口總是會引發(fā) NotSupportedException異常，Microsoft是否在未來版本中實現(xiàn)不得而知，但目前版本的．NET顯然還不支持動態(tài)數(shù)組，在MS推薦的更改Array大小的辦法是，將舊數(shù)組通過拷貝復(fù)制到期望尺寸的新數(shù)組后，刪除舊數(shù)組，這顯示是費時費力地在繞彎路，無法滿足集合類隨時添加刪除元素的需求；ArrayList已經(jīng)實現(xiàn)了Add、Clear、Count、IndexOf、Insert、Remove、RemoveAt等集合類的關(guān)鍵接口，并且有支持只讀集合的能力，在上邊的Contacts類中，只通過極少的封裝代碼，就輕松地實現(xiàn)了集合類。另一個問題是我們?yōu)槭裁床徊捎门cCustomers類似的從System.Collections.ArrayList繼承的方式實現(xiàn)集合類呢？主要是由于將ArrayList對象直接暴露于類的使用者，將導(dǎo)致非法的賦值，如用戶調(diào)用arraylist.Add方法，無論輸入的參數(shù)類型是否為Contact，方法都將被成功執(zhí)行，類無法控制和檢查輸入對象的類型與期望的一致，有悖該類只接納Contact類型對象的初衷，也留下了極大的安全隱患；并且在Contact對象獲取時，如不經(jīng)過強制類型轉(zhuǎn)換，Contacts元素也無法直接以Contact類型形式來使用。
集合類中的Set
在集合類的實現(xiàn)過程中，無論是使用索引器還是與索引器相同功能的“Item”屬性，無可避免地會考慮是只實現(xiàn)getter形成只讀索引器，還是同時實現(xiàn)getter和setter形成完整的索引器訪問。在上文的示例類Customers中就沒有實現(xiàn)索引器的setter，形成了只讀索引器，但在Customer類和Customers類的調(diào)試代碼，作者使用了容易令人迷惑的“custs[0].Name="Test passed"”的訪問形式，事實上，以上這句并不會進(jìn)入到Customers索引器的setter而是會先執(zhí)行Customers索引器的getter得到一個Customer對象，然后設(shè)置這個Customer的Name字段(如果Name元素為屬性的話，將訪問Customer類Name屬性的setter)。那么在什么情況下索引器的setter才會被用到呢？其實只有需要在運行時動態(tài)地覆蓋整個元素類時，集合類的setter才變得有意義，如“custs [i]=new Customer ()”把一個全新的Customer對象賦值給custs集合類的已經(jīng)存在的一個元素，這樣的訪問形式將導(dǎo)致Customers的setter被訪問，即元素對象本身進(jìn)行了重新分配，而不僅僅是修改現(xiàn)有對象的一些屬性。也就是說，由于Customers類沒有實現(xiàn)索引器的setter 所以Customers類對外不提供“覆蓋”客戶集合中既有客戶的方法。與此形成鮮明對照的是Contacts類的索引器既提供對集合元素的getter，又提供對集合元素的setter，也就是說Contacts類允許使用者動態(tài)地更新Contact元素。通過對Contacts和Contact兩個類運行以下測試可以很明確說明這個問題：
public class CallTest
{
public static void Main()
{
Contacts cons=new Contacts();
cons.Add(new Contact());
cons[0]=new Contact();//trigger indexer setter
cons[0].Summary="mail contact about ticket";
System.Console.WriteLine(cons[0].Summary);
}
}
理所當(dāng)然的輸出結(jié)果為：
indexer setter access
indexer getter access
setter access
indexer getter access
getter access
mail contact about ticket
明確認(rèn)識到了索引器setter的作用后，在類的實現(xiàn)中就應(yīng)當(dāng)綜合實際業(yè)務(wù)特點、存取權(quán)限控制和安全性決定是否為索引器建立setter機制。
屬性－強大靈活的字段 合二為一的方法
在最初實現(xiàn)Customer類時，我們使用了一個公共字段Name，用作存取客戶的姓名信息，雖然可以正常的工作，但我們卻缺乏對Name字段的控制能力，無論類的使用者是否使用了合法有效的字段賦值，字段的值都將被修改；并且沒有很好的機制，在值改變時進(jìn)行實時的同步處理（如數(shù)據(jù)存儲，通知相關(guān)元素等）；另外，字段的初始化也只能放在類的構(gòu)造函數(shù)中完成，即使在整個對象生命周期內(nèi)Name字段都從未被訪問過。對比我們在Contact類中實現(xiàn)的Summary屬性，不難發(fā)現(xiàn)，屬性所具有的優(yōu)點：屬性可以在get時再進(jìn)行初始化，如果屬性涉及網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、內(nèi)存和線程等資源占用的方式，推遲初始化的時間，將起到一定的優(yōu)化作用；經(jīng)過屬性的封裝，真正的客戶聯(lián)系說明summary被很好地保護(hù)了起來，在set時，可以經(jīng)過有效性驗證再進(jìn)行賦值操作；并且在getter和setter前后，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)存取等相關(guān)操作，這一點用字段是不可能實現(xiàn)的。所以我們可以得出結(jié)論，在字段不能滿足需求的環(huán)境中，屬性是更加強大靈活的替代方式。
另外，屬性整合了“get”和“set”兩個“方法”，而采用統(tǒng)一自然的接口名稱，較之JAVA語言的object.getAnything和object.setAnything語法風(fēng)格更加親和(事實上，C#中的屬性只不過是對方法的再次包裝，具有g(shù)etter和setter的Anything屬性在．NET IL中，依然會被分解成一個由Anything屬性調(diào)用的get_Anything和set_Anything兩個方法)。
集合類內(nèi)聯(lián)的方式
在文章最初的Customer類中使用了公共字段public Contacts Contacts=new Contacts()實現(xiàn)了customer. Contacts[]形式的集合類內(nèi)聯(lián)接口，這是一種最為簡單但缺乏安全性保護(hù)的集合類集成方式，正如以上所述屬性的一些優(yōu)點，采用屬性形式暴露一個公共的集合類接口，在實際存取訪問時，再對受封狀保護(hù)的集合類進(jìn)行操作才是更為妥當(dāng)完善的解決方案，如可以把Customer類內(nèi)聯(lián)的集合Contacts的接口聲明改為：
protected Contacts cons; //用于類內(nèi)封裝的真正Contacts對象
public Contacts Contacts//暴露在類外部的Contacts屬性
{
get
{
if (cons == null) cons=new Contacts();
return cons;
}
set
{
cons=value;
}
}
最終，customers[i].Contacts[x].Summary的形式就被成功地實現(xiàn)了。
實例化的最佳時機
．NET的類型系統(tǒng)是完全對象化的，所有的類型都是從System.Object派生而來，根據(jù)類型的各自特點，可以分為值類型和引用類型兩大陣營。值類型包括結(jié)構(gòu)（簡單的數(shù)值型和布爾型也包括在內(nèi)）和枚舉，引用類型則包括了類、數(shù)組、委托、接口、指針等，對象化的一個特點是直到對象實例化時才為對象分配系統(tǒng)資源，也就是說靈活適時地實例化對象，對系統(tǒng)資源的優(yōu)化分配將產(chǎn)生積極意義。在一些文章中所建議的“Lazy initialization”倡導(dǎo)在必要時才進(jìn)行對象的實例化，本著這樣的原則，從類的外部來看，類可以在即將被使用時再進(jìn)行初始化；在類的內(nèi)部，如屬性之類的元素，也可以不在構(gòu)造函數(shù)中初始化，而直到屬性的getter被真正訪問時才進(jìn)行，如果屬性一直沒有被讀取過，就不必要無意義地占用網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、內(nèi)存和線程等資源了。但是也并不是初始化越晚越好，因為初始化是需要時間的，在使用前才進(jìn)行初始化可能導(dǎo)致類的響應(yīng)速度過慢，無法適應(yīng)使用者的實時需求。所以在資源占用和初始化耗時之間尋求一個平衡點，才是實例化的最佳時機。

總結(jié)
本文圍繞實現(xiàn)集合類的兩種途徑－從CollectionBase繼承實現(xiàn)和內(nèi)建ArrayList對象實現(xiàn)，為大家展示了部分集合、索引器、屬性、特性的應(yīng)用以及．NET環(huán)境中的類構(gòu)造函數(shù)、對象優(yōu)化、類關(guān)聯(lián)等其它相關(guān)知識。通過本文淺顯的示例和闡述，希望可以啟發(fā)讀者的靈感，推出更加精辟合理的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用模型。?
?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的通过C#实现集合类纵览.NET Collections及相关技术的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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