C#集合类型大总结

发布时间：2021-12-10 17:00:43 所属栏目：Linux 来源：互联网

导读：ASP站长网集合是.NET FCL(Framework Class Library)的重要组成部分，我们平常撸C#代码时免不了和集合打交道，FCL提供了丰富易用的集合类型，给我们撸码提供了极

ASP站长网集合是.NET FCL(Framework Class Library)的重要组成部分，我们平常撸C#代码时免不了和集合打交道，FCL提供了丰富易用的集合类型，给我们撸码提供了极大的便利。正是因为这种与生俱来的便利性，使得我们对集合既熟悉又陌生。很多同学可能一直还是停留在使用的层面上，那么今天我们一起来深入学习一下C#语言中的各种集合。

首先我们看一下 FCL 给我们提供的集合接口：

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FCL提供了泛型和非泛型两大类集合类型。因为非泛型集合装箱和拆箱带来的性能开销问题，和泛型集合相比，已经变得越来越鸡肋。所以我们也侧重于泛型集合的分析，但是两者差别不大。

IEnumerable和IEnumerator
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IEnumerable接口是所有集合类型的祖宗接口，其作用相当于Object类型之于其它类型。如果某个类型实现了IEnumerable接口，就意味着它可以被迭代访问，也就可以称之为集合类型（可枚举）。IEnumerable接口定义非常简单，只有一个GetEnumerator()方法用于获取IEnumerator类型的迭代器。

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我们可以将迭代器想象成数据库的游标，即序列（集合）中的某个位置，迭代器只能在序列（集合）中向前移动。每调用一次MoveNext()，如果序列（集合）中还有下一个元素，则迭代器移动到下一个元素；Current用于获取序列（集合）中的当前元素；因为迭代器调用一次代码只需要获取一个元素，这意味着我们需要确定访问到了序列（集合）中的哪个位置。Reset()用于重置这种状态，但是基本上不会使用Reset()重置状态。

同一个序列（集合）可能同时存在多个迭代器操作，相当于同时对一个集合进行多个遍历。这种情况下可能会出现迭代彼此交错。那么如何解决呢？

集合类不直接支持 IEnumerator 和
IEnumerator 接口。而是直接支持 IEnumerable接口，其唯一方法是 GetEnumerator，此方法用于返回支持 IEnumerator 的对象。每次调用GetEnumerator()方法时都需要创建一个新的对象，同时迭代器必须保存自身的状态，记录此时已经迭代到哪一个元素。这样迭代器就像是序列中的游标。可以有多个游标，移动其中任何一个都可以枚举集合，与其他迭代器互不影响。

foreach是怎么实现的？
for依赖对 Length 属性和索引运算符 ([]) 的支持。借助 Length 属性，C# 编译器可以使用 for 语句迭代数组中的每个元素。for适用于长度固定且始终支持索引运算符的数组，但并不是所有类型集合的元素数量都是已知的。此外，许多集合类（包括 Stack、Queue 和 Dictionary）都不支持按索引检索元素。因此，需要使用一种更为通用的方法来迭代元素集合。假设可以确定第一个、第二个和最后一个元素，那么就没有必要知道元素数量，也没有必要支持按索引检索元素。foreach在这种背景下应运而生。实际上，foreach内部使用迭代器的MoveNext和Current完成元素的遍历。

List<int> list = new List<int>();
List<int>.Enumerator enumerator = list.GetEnumerator();
try
{
    int number;
    while (enumerator.MoveNext())
    {
        number = enumerator.Current;
        Console.WriteLine(number);
    }
}
finally
{
    enumerator.Dispose();
}

实现自定义集合
我们可以自己实现IEnumerable接口和IEnumerator接口实现自定义集合。

实现自定义可枚举类型：

public class MySet : IEnumerable
{
    internal object[] values;

    public MySet(object[] values)
    {
        this.values = values;
    }

    public IEnumerator GetEnumerator()
    {
        return new MySetIterator(this);
    }
}

手写实现自定义迭代器：

public class MySetIterator : IEnumerator
{
    MySet set;
    /// <summary>
    /// 保存迭代到的位置
    /// </summary>
    int position;
    internal MySetIterator(MySet set)
    {
        this.set = set;
        position = -1;
    }

    public object Current
    {
        get
        {
            if(position==-1||position==set.values.Length)
            {
                throw new InvalidOperationException();
            }
            int index = position;
            return set.values[index];
        }
    }

    public bool MoveNext()
    {
        if(position!=set.values.Length)
        {
            position++;
        }
        return position < set.values.Length;
    }

    public void Reset()
    {
        position = -1;
    }
}

测试程序：

object[] values = { "a", "b", "c", "d", "e" };
MySet mySet = new MySet(values);
foreach (var item in mySet)
{
    Console.WriteLine(item);
}

这个例子也证明了foreach内部使用迭代器的MoveNext和Current完成遍历。

上面的例子中手写实现迭代器是十分麻烦的，在c#1.0中这是唯一的方式。在c#2.0中，我们可以使用yield语法糖简化迭代器。

public IEnumerator GetEnumerator()
{
    for (int i = 0; i < values.Length; i++)
    {
        yield return values[i];
    }
}

IEnumerable和IEnumerator虽然实现简单，只有简单的几个成员，但是却支撑起了C#语言中集合这座高楼大厦。

ICollection和ICollection
从第一张图中，我们可以得知ICollection继承于IEnumerable接口，并且扩展了IEnumerable接口。

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主要扩展的功能有：

新增了属性Count,用于记录集合元素个数
支持添加元素和移除元素
支持是否包含某元素
支持清空集合等等
对于任何实现了ICollection接口的集合，我们都可以通过第1条Count属性获取当前集合的元素数，所以这些集合也被称为计数集合。

C#集合类型大总结

（编辑：焦作站长网）

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