第五单元泛型集合

1. 为什么选择使用泛型集合

存在的问题

ArrayList arrylist = new ArrayList() { 14, "hello", 29.7, true};
arrylist.Add("world");// object

double dsum = 0;
foreach(var item in arrylist)
{
    dsum += Convert.ToDouble(item); // 出现异常
}

1、存取数据需要进行装箱拆箱 2、数据类型转换存在隐患

性能对比

非泛型集合性能

[Test]
public void Test1()
{
    Stopwatch watch = new Stopwatch();
    watch.Start();
    ArrayList arrayList = new();
    for (int i = 0; i < 2000000; i++)
    {
        arrayList.Add(i); // 装箱
    }

    long sum = 0;
    foreach (var item in arrayList)
    {
        sum += Convert.ToInt64(item);
    }
    watch.Stop();
    Console.WriteLine("非泛型集合耗时(ms)："+watch.ElapsedMilliseconds);
}

输出结果：非泛型集合耗时(ms)：258

泛型集合性能

[Test]
public void Test1()
{
    Stopwatch watch = new Stopwatch();
    watch.Start();
    var arrayList = new List<int>();
    for (int i = 0; i < 2000000; i++)
    {
        arrayList.Add(i); 
    }

    long sum = 0;
    foreach (var item in arrayList)
    {
        sum += Convert.ToInt64(item);
    }
    watch.Stop();
    Console.WriteLine("泛型集合耗时(ms)："+watch.ElapsedMilliseconds);
}

输出结果：泛型集合耗时(ms)：25

2. List<T> 集合

使用场景：

在Linq 中比较常见
存储数据

声明

声明泛型集合

List<T> 集合名=new List<T>()



例如:

//值类型
List<int> list = new List<int>();
//引用类型
List<PersonModel> personList = new List<PersonModel>()

1、T只是占位符，会被传递的数据类型替换。 2、实例化List时传入相对应的数据类型 3、长度以2倍速度扩容

List<T> 常用属性

Count	List集合中当前存储的元素个数
Capacity	List集合当前容量 Capacity>=Count

List<int> list = new List<int>() { 2, 3, 7, 5, 9 }; // 集合初始化器
Count  :  5    Capacity   : 8

List<T> 常用方法

Add（）	添加到List集合尾部 Add(元素) 如：strlist.Add(“me”)
Insert()	添加到List集合指定位置 Insert(下标，元素) 如：strlist.Insert(2,”Hi”)
Remove()	删除List集合中的元素 Remove(元素) 如：strlist.Remove(“c”)
RemoveAt()	删除List集合中指定下标的元素 RemoveAt(下标)如：strlist.RemoveAt(3)
RemoveRange()	删除List集合中指定范围的元素 RemoveRange(下标，个数)，如：strlist.RemoveRange(1，2)
Clear()	清空List集合中所有元素 Clear()
First()	返回List集合中第一个元素
FirstOrDefault ()	返回List集合中第一个元素为空是返回默认值
Last()	返回List集合中最后一个元素
LastOrDefault ()	返回List集合最后一个元素为空时返回默认值

List<int> list = new List<int>() { 2, 3, 7, 5, 9 };

list.Add(10); // 2, 3, 7, 5, 9,10
list.Insert(2,6); //   2, 3,6, 7, 5, 9,10
list.Remove(2); // 3,6, 7, 5, 9,10
list.RemoveAt(0); // 6, 7, 5, 9,10
list.RemoveRange(1,2); // 6,9,10
list.First();// 6
list.FirstOrDefault(); // 6
list.Last();// 10
list.LastOrDefault(); // 10
list.Clear(); // 集合为空

3. Stack<T> 栈

特点：先进后出，后进先出

[Test]
public void Test1()
{
    Stack<int> stack = new Stack<int>();
    stack.Push(10); // 压栈  10
    stack.Push(9);  // 9,10
    stack.Push(8);  // 8,9,10

    var peek = stack.Peek(); // 8 返回最顶的元素
    var item = stack.Pop();// 8 , 移除并返回最顶的元素，stack 还剩下 9，10

    foreach (var s in stack)
    {
        Console.WriteLine(s); // 输出 9 ，10
    }
}

4. Queue<T> 队列

特点：先进先出

[Test]
public void Test1()
{
    Queue<int> queue = new Queue<int>();
    queue.Enqueue(10); // 入队
    queue.Enqueue(9);
    queue.Enqueue(8);
    queue.Enqueue(7);

    Console.WriteLine(queue.Peek()); // 返回最开始的元素，10(出队方向的第一个元素)
    var item = queue.Dequeue();// 删除出队方向的第一个元素 并返回它的值 ,10

    foreach (var q in queue)
    {
        Console.WriteLine(q); // 9,8,7
    }

}

5. SortedList<TKey,TValue> 类

命名空间: System.Collections.Generic
程序集: System.Collections.dll

表示基于相关的 IComparer 实现按键进行排序的键/值对的集合。

TKey 集合中的键的类型。
TValue 集合中值的类型。

快速入门

[Test]
public void Test1()
{
    // 成绩列表
    SortedList<string,int> scoreList = new SortedList<string,int>();
    scoreList["b"] = 80;
    scoreList["c"] = 50;
    scoreList.Add("a",100);

    foreach (var score in scoreList)
    {
        Console.WriteLine($"科目：{score.Key},成绩：{score.Value}");
    }
}

输出结果：

科目：a,成绩：100
科目：b,成绩：80
科目：c,成绩：50

详细案例

using System;
using System.Collections.Generic;

public class Example
{
    public static void Main()
    {
        // 创建一个键值对都是string 类型的集合
        SortedList<string, string> openWith =
            new SortedList<string, string>();

        // 初始化一些没有重复键的元素，但对应的值，有些元素是重复的
        openWith.Add("txt", "notepad.exe");
        openWith.Add("bmp", "paint.exe");
        openWith.Add("dib", "paint.exe");
        openWith.Add("rtf", "wordpad.exe");

       // 如果添加一个已经存在的键值对，则会抛出异常
        try
        {
            openWith.Add("txt", "winword.exe");
        }
        catch (ArgumentException)
        {
            Console.WriteLine("An element with Key = \"txt\" already exists.");
        }

        // 元素的键可作为集合的索引来访问元素
        Console.WriteLine("For key = \"rtf\", value = {0}.",
            openWith["rtf"]);

        // 通过键索引，可修改其所关联的值
        openWith["rtf"] = "winword.exe";
        Console.WriteLine("For key = \"rtf\", value = {0}.",
            openWith["rtf"]);

        // 如果键不存在，则会新增一个键值对数据
        openWith["doc"] = "winword.exe";

        // 如果请求的键不存在，则会抛出异常
        try
        {
            Console.WriteLine("For key = \"tif\", value = {0}.",
                openWith["tif"]);
        }
        catch (KeyNotFoundException)
        {
            Console.WriteLine("Key = \"tif\" is not found.");
        }

        // 当一个程序经常要尝试的键，结果却不是  在列表中，TryGetValue可以是一个更有效的  
        // 获取值的方法。  
        string value = "";
        if (openWith.TryGetValue("tif", out value))
        {
            Console.WriteLine("For key = \"tif\", value = {0}.", value);
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("Key = \"tif\" is not found.");
        }

        // 判断是否包含键
        if (!openWith.ContainsKey("ht"))
        {
            openWith.Add("ht", "hypertrm.exe");
            Console.WriteLine("Value added for key = \"ht\": {0}",
                openWith["ht"]);
        }

        // 遍历循环，元素被检索为KeyValuePair对象
        Console.WriteLine();
        foreach( KeyValuePair<string, string> kvp in openWith )
        {
            Console.WriteLine("Key = {0}, Value = {1}",
                kvp.Key, kvp.Value);
        }

        // 获取集合中的Values 列表
        IList<string> ilistValues = openWith.Values;

        // 打印出所有的值列表
        Console.WriteLine();
        foreach( string s in ilistValues )
        {
            Console.WriteLine("Value = {0}", s);
        }

        // 通过索引获取值
        Console.WriteLine("\nIndexed retrieval using the Values " +
            "property: Values[2] = {0}", openWith.Values[2]);

        // 获取所有的Key
        IList<string> ilistKeys = openWith.Keys;

        // 打印出所有的键列表
        Console.WriteLine();
        foreach( string s in ilistKeys )
        {
            Console.WriteLine("Key = {0}", s);
        }

        // 通过索引获取Key
        Console.WriteLine("\nIndexed retrieval using the Keys " +
            "property: Keys[2] = {0}", openWith.Keys[2]);

        // 移除元素
        Console.WriteLine("\nRemove(\"doc\")");
        openWith.Remove("doc");

        if (!openWith.ContainsKey("doc"))
        {
            Console.WriteLine("Key \"doc\" is not found.");
        }
    }
}

/* This code example produces the following output:

An element with Key = "txt" already exists.
For key = "rtf", value = wordpad.exe.
For key = "rtf", value = winword.exe.
Key = "tif" is not found.
Key = "tif" is not found.
Value added for key = "ht": hypertrm.exe

Key = bmp, Value = paint.exe
Key = dib, Value = paint.exe
Key = doc, Value = winword.exe
Key = ht, Value = hypertrm.exe
Key = rtf, Value = winword.exe
Key = txt, Value = notepad.exe

Value = paint.exe
Value = paint.exe
Value = winword.exe
Value = hypertrm.exe
Value = winword.exe
Value = notepad.exe

Indexed retrieval using the Values property: Values[2] = winword.exe

Key = bmp
Key = dib
Key = doc
Key = ht
Key = rtf
Key = txt

Indexed retrieval using the Keys property: Keys[2] = doc

Remove("doc")
Key "doc" is not found.
 */

6. Dictionary<TKey,TValue> 字典集合

HashTable

HashTable 哈唏表, 也叫散列表，有关详细的Hash解说，请查看文章： Hash（散列函数）_百度百科 (baidu.com)

值得强调的是：常见的Hash算法有MD5(彩虹表，Hash撞库), SHA1 均已被破解，目前推荐的Hash 算法是：SHA2-256。

彩虹表：用来存放所有hash值的部分hash值字典。然后通过碰撞破解密码

using System;
using System.Collections;

class Example
{
    public static void Main()
    {
        
        Hashtable openWith = new Hashtable();

        // 初始化一批数据，不可出现重复键
        openWith.Add("txt", "notepad.exe");
        openWith.Add("bmp", "paint.exe");
        openWith.Add("dib", "paint.exe");
        openWith.Add("rtf", "wordpad.exe");

        // 如果出现重复键，则会抛出异常
        try
        {
            openWith.Add("txt", "winword.exe");
        }
        catch
        {
            Console.WriteLine("An element with Key = \"txt\" already exists.");
        }

        // 通过索引访问
        Console.WriteLine("For key = \"rtf\", value = {0}.", openWith["rtf"]);

        // 修改索引所关联的值
        openWith["rtf"] = "winword.exe";
        Console.WriteLine("For key = \"rtf\", value = {0}.", openWith["rtf"]);

        // 给一个不存在的键赋值，则会新增
        openWith["doc"] = "winword.exe";

        // 判断是否包含
        if (!openWith.ContainsKey("ht"))
        {
            openWith.Add("ht", "hypertrm.exe");
            Console.WriteLine("Value added for key = \"ht\": {0}", openWith["ht"]);
        }

        // 遍历循环，元素被检索为 DictionaryEntry 对象
        Console.WriteLine();
        foreach( DictionaryEntry de in openWith )
        {
            Console.WriteLine("Key = {0}, Value = {1}", de.Key, de.Value);
        }

        // 获取所有的值集合
        ICollection valueColl = openWith.Values;

        // 遍历值集合
        Console.WriteLine();
        foreach( string s in valueColl )
        {
            Console.WriteLine("Value = {0}", s);
        }

        // 获取所有的键
        ICollection keyColl = openWith.Keys;

        // 遍历键集合
        Console.WriteLine();
        foreach( string s in keyColl )
        {
            Console.WriteLine("Key = {0}", s);
        }

        // 移除键值对
        Console.WriteLine("\nRemove(\"doc\")");
        openWith.Remove("doc");

        if (!openWith.ContainsKey("doc"))
        {
            Console.WriteLine("Key \"doc\" is not found.");
        }
    }
}

不建议将类用于 Hashtable 新开发。相反，我们建议使用泛型 Dictionary 类。有关详细信息，请参阅不应在GitHub上使用非泛型集合。

Dictionary<TKey,TValue>

表示键和值的集合。

TKey : 字典中的键的类型。
TValue : 字典中的值的类型。

Dictionary<string, string> openWith =
    new Dictionary<string, string>();

// 初始化数据，不能存在重复键
openWith.Add("txt", "notepad.exe");
openWith.Add("bmp", "paint.exe");
openWith.Add("dib", "paint.exe");
openWith.Add("rtf", "wordpad.exe");

// 添加重复键会抛出异常
try
{
    openWith.Add("txt", "winword.exe");
}
catch (ArgumentException)
{
    Console.WriteLine("An element with Key = \"txt\" already exists.");
}

// 通过索引取值
Console.WriteLine("For key = \"rtf\", value = {0}.",
    openWith["rtf"]);

// 给已存在的键值索引赋值
openWith["rtf"] = "winword.exe";
Console.WriteLine("For key = \"rtf\", value = {0}.",
    openWith["rtf"]);

// 如果不存在，则会新增
openWith["doc"] = "winword.exe";

// 如果访问一个不存在的索引值，则会抛出异常
try
{
    Console.WriteLine("For key = \"tif\", value = {0}.",
        openWith["tif"]);
}
catch (KeyNotFoundException)
{
    Console.WriteLine("Key = \"tif\" is not found.");
}

// tryValue 尝试取值
string value = "";
if (openWith.TryGetValue("tif", out value))
{
    Console.WriteLine("For key = \"tif\", value = {0}.", value);
}
else
{
    Console.WriteLine("Key = \"tif\" is not found.");
}

// 判断是否包含键
if (!openWith.ContainsKey("ht"))
{
    openWith.Add("ht", "hypertrm.exe");
    Console.WriteLine("Value added for key = \"ht\": {0}",
        openWith["ht"]);
}

// 遍历循环，元素被检索为 KeyValuePair 对象
Console.WriteLine();
foreach( KeyValuePair<string, string> kvp in openWith )
{
    Console.WriteLine("Key = {0}, Value = {1}",
        kvp.Key, kvp.Value);
}

// 获取所有的值集合
Dictionary<string, string>.ValueCollection valueColl =
    openWith.Values;

// 遍历值集合
Console.WriteLine();
foreach( string s in valueColl )
{
    Console.WriteLine("Value = {0}", s);
}

// 获取所有的键集合
Dictionary<string, string>.KeyCollection keyColl =
    openWith.Keys;

// 遍历键集合
Console.WriteLine();
foreach( string s in keyColl )
{
    Console.WriteLine("Key = {0}", s);
}

// 移除键值对
Console.WriteLine("\nRemove(\"doc\")");
openWith.Remove("doc");

if (!openWith.ContainsKey("doc"))
{
    Console.WriteLine("Key \"doc\" is not found.");
}

Dictionary泛型类提供从一组键到一组值的映射。每次对字典的添加都包含一个值和与其关联的键。通过使用其键检索值的速度非常快，接近 O (1) ，因为类 Dictionary 作为哈希表实现。

备注

检索速度取决于为 TKey类型指定的哈希算法的质量。

只要对象用作键， Dictionary它就不能以任何方式更改影响其哈希值。每个键 Dictionary 都必须根据字典的相等比较器是唯一的。如果键的类型是引用类型TValue，则键不能null，但值可以是。

Dictionary 需要相等实现来确定键是否相等。可以使用接受comparer参数的构造函数指定泛型接口的IEqualityComparer实现;如果未指定实现，则使用默认泛型相等比较器EqualityComparer.Default。如果类型 TKey 实现 System.IEquatable 泛型接口，则默认相等比较器使用该实现。

备注

例如，可以使用类提供的 StringComparer 不区分大小写的字符串比较器创建不区分大小写的字符串键的字典。

a Dictionary 的容量是可以保留的元素 Dictionary 数。随着元素添加到 a Dictionary，通过重新分配内部数组，容量会自动增加。

线程安全性

只要集合未修改，A Dictionary 就可以同时支持多个读取器。即便如此，通过集合进行遍历本质上不是线程安全的过程。在遍历与写入访问竞争的极少数情况下，必须在整个遍历期间锁定集合。若要允许多个线程访问集合以进行读写操作，则必须实现自己的同步。

有关线程安全的替代，请参阅 ConcurrentDictionary 类或 ImmutableDictionary 类。

7. ConcurrentDictionary 线程安全

表示可由多个线程同时访问的键/值对的线程安全集合。

TKey ：字典中的键的类型。
TValue ：字典中的值的类型。

所有公共成员和受保护成员 ConcurrentDictionary 都是线程安全的，并且可以从多个线程并发使用。但是，通过重写（包括扩展方法） ConcurrentDictionary 之一访问的成员不能保证线程安全，并且可能需要由调用方同步。

System.Collections.Generic.Dictionary与类一样，ConcurrentDictionary实现IDictionary接口。此外， ConcurrentDictionary 还提供了几种方法用于在字典中添加或更新键/值对，如下表所述。

要执行此操作	方法	使用注意事项
将新键添加到字典（如果字典中尚不存在）	TryAdd	如果字典中当前不存在该键，此方法将添加指定的键/值对。该方法返回 `true` 或 `false` 取决于是否添加了新对。
更新字典中现有键的值（如果该键具有特定值）	TryUpdate	此方法检查密钥是否具有指定的值，如果具有指定值，则使用新值更新密钥。它类似于 CompareExchange 该方法，只不过它用于字典元素。
无条件地将键/值对存储在字典中，并覆盖已存在的键的值	索引器的 setter： `dictionary[key] = newValue`
将键/值对添加到字典，或者如果键已存在，请根据键的现有值更新键的值	AddOrUpdate(TKey, Func, Func)-system-func((-0-1-1)))) - 或 - AddOrUpdate(TKey, TValue, Func)))	AddOrUpdate(TKey, Func, Func)-system-func((-0-1-1)))) 接受Key和两个委托。如果字典中不存在Key，它将使用第一个委托;它接受Key并返回应为Key添加的值。如果密钥存在，它将使用第二个委托;它接受键及其当前值，并返回应为键设置的新值。 AddOrUpdate(TKey, TValue, Func))) 接受密钥、要添加的值和更新委托。这与上一个重载相同，只不过它不使用委托来添加密钥。
获取字典中键的值，将值添加到字典中，如果键不存在，则返回它	GetOrAdd(TKey, TValue) - 或 - GetOrAdd(TKey, Func)))	这些重载为字典中的键/值对提供延迟初始化，仅当它不存在时才添加值。 GetOrAdd(TKey, TValue) 如果键不存在，则采用要添加的值。 GetOrAdd(TKey, Func))) 获取一个委托，如果键不存在，将生成该值。

所有这些操作都是原子操作，对于类上 ConcurrentDictionary 所有其他操作都是线程安全的。唯一的例外是接受委托的方法，即 AddOrUpdate和 GetOrAdd。若要对字典进行修改和写入操作， ConcurrentDictionary 请使用细粒度锁定来确保线程安全。 (字典上的读取操作以无锁方式执行。) 但是，这些方法的委托在锁外部调用，以避免在锁下执行未知代码时可能出现的问题。因此，这些委托执行的代码不受操作的原子性的约束。

8. 思考题

利用特性，反射，扩展方法等知识，将一个枚举的特性描述，通过扩展方法封装到Dictionary<int,string> 集合中。例如：

Dictionary<string, string> openWith =
    new Dictionary<string, string>();

// 初始化数据，不能存在重复键
openWith.Add("txt", "notepad.exe");
openWith.Add("bmp", "paint.exe");
openWith.Add("dib", "paint.exe");
openWith.Add("rtf", "wordpad.exe");

// 添加重复键会抛出异常
try
{
    openWith.Add("txt", "winword.exe");
}
catch (ArgumentException)
{
    Console.WriteLine("An element with Key = \"txt\" already exists.");
}

// 通过索引取值
Console.WriteLine("For key = \"rtf\", value = {0}.",
    openWith["rtf"]);

// 给已存在的键值索引赋值
openWith["rtf"] = "winword.exe";
Console.WriteLine("For key = \"rtf\", value = {0}.",
    openWith["rtf"]);

// 如果不存在，则会新增
openWith["doc"] = "winword.exe";

// 如果访问一个不存在的索引值，则会抛出异常
try
{
    Console.WriteLine("For key = \"tif\", value = {0}.",
        openWith["tif"]);
}
catch (KeyNotFoundException)
{
    Console.WriteLine("Key = \"tif\" is not found.");
}

// tryValue 尝试取值
string value = "";
if (openWith.TryGetValue("tif", out value))
{
    Console.WriteLine("For key = \"tif\", value = {0}.", value);
}
else
{
    Console.WriteLine("Key = \"tif\" is not found.");
}

// 判断是否包含键
if (!openWith.ContainsKey("ht"))
{
    openWith.Add("ht", "hypertrm.exe");
    Console.WriteLine("Value added for key = \"ht\": {0}",
        openWith["ht"]);
}

// 遍历循环，元素被检索为 KeyValuePair 对象
Console.WriteLine();
foreach( KeyValuePair<string, string> kvp in openWith )
{
    Console.WriteLine("Key = {0}, Value = {1}",
        kvp.Key, kvp.Value);
}

// 获取所有的值集合
Dictionary<string, string>.ValueCollection valueColl =
    openWith.Values;

// 遍历值集合
Console.WriteLine();
foreach( string s in valueColl )
{
    Console.WriteLine("Value = {0}", s);
}

// 获取所有的键集合
Dictionary<string, string>.KeyCollection keyColl =
    openWith.Keys;

// 遍历键集合
Console.WriteLine();
foreach( string s in keyColl )
{
    Console.WriteLine("Key = {0}", s);
}

// 移除键值对
Console.WriteLine("\nRemove(\"doc\")");
openWith.Remove("doc");

if (!openWith.ContainsKey("doc"))
{
    Console.WriteLine("Key \"doc\" is not found.");
}

要求封装OrderStateEnum的扩展方法 ToDictionary() ，得到一个Dictionary<int,string>，效果如下

Dictionary<int,string> dict = OrderStateEnum.ToDictionary();

配套视频链接：C#/.Net高级进阶 - 网易云课堂 (163.com)

posted @ 2023-11-22 22:43 誉尚学教育阅读(189) 评论(0) 编辑收藏举报

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海阔凭鱼跃，天高任我行

第五单元 泛型集合