5.1 常用集合类（List, Dictionary等）

概述

集合类是C#中用于存储和管理一组相关对象的核心工具，它们提供了高效的数据操作能力。本节将重点介绍System.Collections.Generic命名空间下的常用集合类，包括List<T>、Dictionary<TKey, TValue>等，以及它们的典型应用场景。

1. List<T>：动态数组

基本特性

  • 动态大小：无需预先指定容量，自动扩展。
  • 泛型支持：类型安全，避免装箱/拆箱开销。
  • 索引访问：支持类似数组的list[0]访问方式。

常用操作

// 初始化
List<string> fruits = new List<string> { "Apple", "Banana" };

// 添加元素
fruits.Add("Orange");
fruits.Insert(1, "Mango"); // 在索引1插入

// 删除元素
fruits.Remove("Apple");    // 按值删除
fruits.RemoveAt(0);       // 按索引删除

// 查询
bool hasBanana = fruits.Contains("Banana");
int index = fruits.IndexOf("Mango");

性能注意

  • 添加操作：平均O(1)，扩容时O(n)。
  • 查找元素：Contains和IndexOf为O(n)。

2. Dictionary<TKey, TValue>：键值对集合

基本特性

  • 哈希表实现：基于键的快速查找（接近O(1)）。
  • 唯一键约束：每个键必须唯一，重复添加会抛出异常。

常用操作

// 初始化
Dictionary<int, string> employees = new Dictionary<int, string>
{
    { 101, "Alice" },
    { 102, "Bob" }
};

// 添加/更新
employees.Add(103, "Charlie");
employees[102] = "Bob Smith"; // 更新值

// 删除
employees.Remove(101);

// 查询
if (employees.TryGetValue(102, out string name))
{
    Console.WriteLine(name); // 输出: Bob Smith
}

性能优化

  • 自定义键类型：重写GetHashCode()和Equals()方法以确保正确哈希。
  • 初始容量：预估元素数量设置初始容量减少扩容次数。

3. 其他常用集合类

Queue<T>：先进先出（FIFO）

Queue<string> tasks = new Queue<string>();
tasks.Enqueue("Task1");
tasks.Enqueue("Task2");
string nextTask = tasks.Dequeue(); // 返回"Task1"

Stack<T>：后进先出（LIFO）

Stack<string> history = new Stack<string>();
history.Push("Page1");
history.Push("Page2");
string lastPage = history.Pop(); // 返回"Page2"

HashSet<T>：唯一元素集合

  • 高性能集合运算（并集、交集等）。
HashSet<int> numbers = new HashSet<int> { 1, 2, 3 };
numbers.Add(2); // 无效，已存在

4. 集合选择指南

场景推荐集合类型
需要频繁按索引访问List<T>
快速键值查找Dictionary<T>
去重需求HashSet<T>
顺序处理任务Queue<T>
撤销操作实现Stack<T>

5. 线程安全替代方案

  • 并发集合：使用System.Collections.Concurrent命名空间下的类：
    • ConcurrentBag<T>：无序集合
    • ConcurrentDictionary<T>：线程安全字典
    • BlockingCollection<T>：生产者-消费者模式

总结

掌握常用集合类的特性和适用场景是高效C#开发的关键。建议通过实际项目练习，结合性能分析工具（如Visual Studio Profiler）优化集合的使用。在后续章节中，我们将进一步探讨泛型（5.2节）和LINQ（5.3节）如何与这些集合协同工作。


此内容包含代码示例、性能说明和实用表格，适合读者快速理解并应用集合类。如需扩展特定部分（如线程安全集合的深度示例），可在后续版本中添加。
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