第 8 部分：C# 中的集合

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C# 中的集合提供了强大的工具来高效地管理和组织数据。它们使开发人员能够轻松处理对象组，无论您需要固定大小的数组还是动态灵活的数据结构（如列表和字典）。在本文中，我们将探讨 C# 中的主要集合类型、它们的方法和实际用例。

1. C 语言中的集合类型

1.1 数组

**数组** 是相同类型元素的固定大小集合。它适用于项目数量已知且不会改变的情况。

例子：

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};

foreach (int number in numbers)
{
    Console.WriteLine(number);
}

主要方法和属性：

  • 长度：返回元素的数量。
  • Array.Sort(array)：对元素进行排序。
  • Array.Reverse(array)：反转元素的顺序。

    • 1.2 列表

    **List** 是一个可以增大或缩小的动态集合。列表是 `System.Collections.Generic` 命名空间的一部分，比数组更通用。

    例子：

    List names = new List {"John", "Adrian", "Charlie"};

names.Add("Adrian");

foreach (string name in names)
{
    Console.WriteLine(name);
}

    主要方法：

  • 添加（项目）：将项目添加到列表中。
  • Remove（item）：删除第一次出现的项目。
  • Contains(item)：检查列表中是否存在某个项目。

    • 1.3 字典

    **字典** 是键值对的集合，其中每个键都是唯一的。字典是需要快速查找的场景的理想选择。

    例子：

    Dictionary students = new Dictionary
{
    {1, "Adrian"},
    {2, "John"},
    {3, "Charlie"}
};

if (students.ContainsKey(2))
{
    Console.WriteLine($"Student ID 2: {students[2]}");
}

    主要方法：

  • Add(key, value)：添加一个新的键值对。
  • Remove（key）：按键删除一个项目。
  • ContainsKey(key)：检查特定键是否存在。

    • **性能说明**：字典由于其散列机制而提供快速查找，使其适用于频繁搜索键的场景。

    1.4 套

    **HashSet** 是包含唯一元素且不允许重复的集合。它针对快速查找进行了优化。

    例子：

    HashSet uniqueNumbers = new HashSet {1, 2, 3, 3, 4};

foreach (int number in uniqueNumbers)
{
    Console.WriteLine(number);
}

    主要方法：

  • 添加（项目）：如果项目尚不存在，则添加该项目。
  • Remove（item）：删除一个项目。
  • Contains(item)：检查某个项目是否存在。

    • **性能注意事项**：当您需要确保集合的唯一性时，请使用“HashSet”。

    2. 收集方法及其用途

    跨集合的通用方法：

    **（LINQ将在后续文章中讨论）**

  • 迭代：使用 foreach 迭代集合中的项目。
  • 排序：使用列表中的 Sort() 或 LINQ 中的 OrderBy() 进行高级排序。
  • 过滤：LINQ 方法（例如 Where()）允许根据条件进行过滤。
  • 转换：使用 ToArray()、ToList() 等在集合之间进行转换。

    • LINQ 筛选的示例：

    List numbers = new List {1, 2, 3, 4, 5};

var evenNumbers = numbers.Where(n => n % 2 == 0);

foreach (int number in evenNumbers)
{
    Console.WriteLine(number);
}

    3. 实例：使用集合进行数据管理

    场景：管理学生名册

    此示例演示如何使用多种类型的集合来管理学生数据。

    例子：

    using System;
using System.Collections.Generic;

class Program
{
    static void Main()
    {
        // Store student data
        Dictionary students = new Dictionary
        {
            {1, "Adrian"},
            {2, "John"},
            {3, "Charlie"}
        };

        // Add new students
        students.Add(4, "Diana");

        // All students
        Console.WriteLine("Student Roster:");
        foreach (var student in students)
        {
            Console.WriteLine($"ID: {student.Key}, Name: {student.Value}");
        }

        // Check if a student exists
        if (students.ContainsKey(2))
        {
            Console.WriteLine("Student ID 2 is in the roster.");
        }

        // Remove a student
        students.Remove(3);
        Console.WriteLine("Updated Roster:");
        foreach (var student in students)
        {
            Console.WriteLine($"ID: {student.Key}, Name: {student.Value}");
        }
    }
}

/*
Student Roster:
ID: 1, Name: Adrian
ID: 2, Name: John
ID: 3, Name: Charlie
ID: 4, Name: Diana
Student ID 2 is in the roster.
Updated Roster:
ID: 1, Name: Adrian
ID: 2, Name: John
ID: 4, Name: Diana
*/

    4. 高级主题

    线程安全集合

    对于需要线程安全操作的应用程序，请考虑使用“ConcurrentDictionary”或“System.Collections.Concurrent”命名空间中的其他线程安全集合。

    例子：

    using System;
using System.Collections.Concurrent;

class Program
{
    static void Main()
    {
        ConcurrentDictionary safeDict = new ConcurrentDictionary();

        safeDict.TryAdd(1, "Adrian");
        safeDict.TryAdd(2, "John");

        foreach (var item in safeDict)
        {
            Console.WriteLine($"Key: {item.Key}, Value: {item.Value}");
        }
    }
}

    不可变集合

    为了确保集合在创建后不能被修改，请使用“System.Collections.Immutable”中的不可变集合。

    例子：

    using System.Collections.Immutable;

ImmutableList immutableNames = ImmutableList.Create("Adrian", "John", "Charlie");

foreach (var name in immutableNames)
{
    Console.WriteLine(name);
}