C# 集合与泛型

前言

    C# 中，集合（Collection）是一组有序的数据结构，用于存储和管理一组对象。泛型（Generics）则是 .NET Framework 中一个强大且灵活的功能，它允许我们创建类型安全且高效的集合。本篇文章将详细介绍 C# 中的集合类型、泛型的使用以及如何结合两者高效管理数据。

1.什么是集合？

    集合是一组可以存储、管理多个数据的对象容器。集合与数组类似，但集合的容量可以动态调整，不必在声明时指定长度。C# 中的集合分为两种类型：

• 非泛型集合：如 ArrayList、Hashtable，可以存储不同类型的数据，但缺乏类型安全性，需进行频繁的类型转换。
• 泛型集合：如 List、Dictionary<TKey, TValue>，只能存储指定类型的数据，提供了更好的性能和类型安全性。

2.非泛型集合（了解即可）

     早期的集合类位于 System.Collections 命名空间中，包括 ArrayList、Hashtable 等。非泛型集合由于可以存储不同类型的数据，灵活性较强，但在存储和取出数据时需进行类型转换，且缺乏编译时类型检查，容易出现类型不匹配的错误。

2.1常见的非泛型集合

• ArrayList：类似数组，但大小可动态调整，存储任何类型的数据。
• Hashtable：键值对的集合，键和值均可为任意类型。
  示例：使用 ArrayList 和 Hashtable

using System;
using System.Collections;class NonGenericCollections
{static void Main(){// ArrayList 示例ArrayList arrayList = new ArrayList();arrayList.Add(1);arrayList.Add("Hello");arrayList.Add(3.14);foreach (var item in arrayList){Console.WriteLine(item);  // 输出：1, Hello, 3.14}// Hashtable 示例Hashtable hashtable = new Hashtable();hashtable["name"] = "Alice";hashtable["age"] = 25;foreach (DictionaryEntry entry in hashtable){Console.WriteLine($"{entry.Key}: {entry.Value}");}}
}

3.泛型的概念

    泛型（Generics）允许我们在创建类、接口或方法时定义一个或多个类型参数（通常用 表示），并在使用时指定具体的类型。这种机制在运行时提供类型安全检查，避免了频繁的类型转换。
泛型的优点

• 类型安全：在编译时检查类型一致性，避免类型错误。
• 性能提升：减少装箱（boxing）和拆箱（unboxing），提高效率。
• 可读性和可维护性：代码更清晰、直观，不需要强制类型转换。

4.常用的泛型集合

     C# 中常用的泛型集合类位于 System.Collections.Generic 命名空间中。以下是一些常用的泛型集合类：

4.1 List$<T>$

    $List<T>$ 是一种动态数组，可根据需要动态调整大小。List 提供了便捷的方法来操作列表中的元素，如添加、删除、排序、搜索等。

using System;
using System.Collections.Generic;class ListExample
{static void Main(){List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3 };numbers.Add(4);numbers.Remove(2);foreach (int number in numbers){Console.WriteLine(number);  // 输出：1, 3, 4}// 检查列表中是否包含某个元素bool containsThree = numbers.Contains(3);  // trueConsole.WriteLine("包含3吗？" + containsThree);}
}

4.2 Dictionary<TKey, TValue>

    Dictionary<TKey, TValue> 是一种键值对集合，允许通过键快速访问对应的值。键在字典中是唯一的，但值可以重复。

using System;
using System.Collections.Generic;class DictionaryExample
{static void Main(){Dictionary<string, int> ages = new Dictionary<string, int>{{ "Alice", 25 },{ "Bob", 30 }};ages["Charlie"] = 35;foreach (var pair in ages){Console.WriteLine($"{pair.Key}: {pair.Value}");}// 检查是否存在特定键if (ages.ContainsKey("Alice")){Console.WriteLine("Alice的年龄是: " + ages["Alice"]);}}
}

4.3 Queue$<T>$

    $Queue<T>$ 是一个先进先出（FIFO）的集合。适合用在需要按顺序处理任务的场景，例如任务队列。

using System;
using System.Collections.Generic;class QueueExample
{static void Main(){Queue<string> queue = new Queue<string>();queue.Enqueue("Task1");queue.Enqueue("Task2");while (queue.Count > 0){string task = queue.Dequeue();Console.WriteLine("处理: " + task);}}
}

4.4 $Stack<T>$

    $Stack<T>$ 是一个后进先出（LIFO）的集合。适合用于临时存储数据或实现特定算法（如递归）。

using System;
using System.Collections.Generic;class StackExample
{static void Main(){Stack<string> stack = new Stack<string>();stack.Push("Page1");stack.Push("Page2");while (stack.Count > 0){string page = stack.Pop();Console.WriteLine("返回: " + page);}}
}

4.5 $HashSet<T>$

    $HashSet<T>$ 是一个无序集合，用于存储唯一值。适合用于需要唯一元素的场景，如不重复数据的集合。

using System;
using System.Collections.Generic;class HashSetExample
{static void Main(){HashSet<int> set = new HashSet<int> { 1, 2, 3 };set.Add(3); // 重复添加将被忽略set.Add(4);foreach (int item in set){Console.WriteLine(item);  // 输出：1, 2, 3, 4}}
}

5. 自定义泛型类和方法

5.1 自定义泛型类

    可以创建自己的泛型类，使其在不同的数据类型上复用。以下是一个简单的泛型栈实现：

using System;class GenericStack<T>
{private T[] elements;private int index = 0;public GenericStack(int size){elements = new T[size];}public void Push(T item){elements[index++] = item;}public T Pop(){return elements[--index];}
}class Program
{static void Main(){GenericStack<int> stack = new GenericStack<int>(5);stack.Push(1);stack.Push(2);Console.WriteLine(stack.Pop());  // 输出：2}
}

5.2 自定义泛型方法

    泛型方法允许在方法中定义类型参数，使用方式和泛型类类似。以下是一个交换两个变量值的泛型方法示例：

using System;class Program
{static void Swap<T>(ref T a, ref T b){T temp = a;a = b;b = temp;}static void Main(){int x = 10, y = 20;Swap(ref x, ref y);Console.WriteLine($"x = {x}, y = {y}");  // 输出：x = 20, y = 10}
}