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集合和資料結構
使用集合進行儲存與管理時,通常可以更有效率地處理類似的資料。 您可以使用 System.Array 類別或 System.Collections、System.Collections.Generic、System.Collections.Concurrent 和 System.Collections.Immutable 命名空間中的類別,新增、移除和修改個別元素,或集合中的元素範圍。
有兩種主要的集合類型;泛型集合和非泛型集合。 泛型集合在編譯時間具有型別安全。 因此,泛型集合通常會有較佳的效能。 泛型集合在建構時便接受型別參數。 從集合新增或移除項目時,它們不需要往返 Object 型別轉換。 此外,大部分的泛型集合都可在 Windows 市集應用程式中支援。 非泛型集合會將項目儲存為 Object,而這需要進行轉型,且 Windows 市集應用程式開發也不支援大多數的項目。 但您可能會在較舊的程式碼中看到非泛型集合。
在 .NET Framework 4 和更新版本中,System.Collections.Concurrent 命名空間中的集合提供了有效率的安全執行緒作業,可從多個執行緒存取集合項目。 System.Collections.Immutable 命名空間 (NuGet 封裝) 中不可變的集合類別,原本就是安全執行緒,因為作業會執行於原始集合的複本上,且不能修改原始集合。
所有集合都提供加入、移除或尋找集合中項目的方法。 此外,直接或間接實作 ICollection 介面或 ICollection<T> 介面的所有集合,都可共用這些功能:
列舉集合的能力
.NET 集合實作 System.Collections.IEnumerable 或 System.Collections.Generic.IEnumerable<T>,可重複查看集合。 列舉程式可視為集合中任何元素可移動的指標。 foreach, in 陳述式和 For Each...Next 陳述式,會使用 GetEnumerator 方法所公開的列舉程式,並會隱藏管理列舉程式的複雜程度。 此外,實作 System.Collections.Generic.IEnumerable<T> 的任何集合,會視為「可查詢類型」,且可使用 LINQ 進行查詢。 LINQ 查詢提供存取資料的常見模式。 且通常比標準
foreach
迴圈更簡潔易懂,並提供篩選、排序和分組的功能。 LINQ 查詢也可以提升效能。 如需詳細資訊,請參閱 LINQ to Objects (C#)、LINQ to Objects (Visual Basic)、Parallel LINQ (PLINQ)、LINQ 查詢簡介 (C#) 及基本查詢作業 (Visual Basic)。將集合內容複製到陣列的能力
所有集合都可以使用
CopyTo
方法複製到陣列。 但新陣列中的元素順序,會根據列舉值傳回元素的順序排列。 產生的陣列一律會是一維陣列,且其下限為零。
此外,許多集合類別包含下列功能:
容量和計數屬性
集合的容量是它可以包含的元素數目。 集合的計數是它實際包含的元素數目。 某些集合會隱藏容量或計數,或同時隱藏兩者。
達到目前的容量時,大多數集合會自動擴大容量。 將會重新配置記憶體,並從舊集合將元素複製到新的集合。 此設計會減少使用集合所需的程式碼。 不過,集合的效能可能會受負面影響。 例如,針對 List<T>,如果 Count 小於 Capacity,則新增項目的作業為 O(1)。 如果需要增加容量以容納新的元素,則新增元素的作業會變成 O(
n
),其中n
是 Count。 避免多次重新配置造成的效能不佳之最佳方式,是將初始容量設定為集合的預估大小。BitArray 是特殊的情況;它的容量等同於長度,計數也是。
一致的下限
集合的下限是其第一個元素的索引。 System.Collections 命名空間中的所有索引集合下限皆為零,表示它們為 0 索引。 根據預設,Array 下限為零,但使用 Array.CreateInstance 建立 Array 類別的執行個體時,可以定義其他下限。
從多個執行緒存取的同步處理 (僅限 System.Collections 類別)。
System.Collections 命名空間中的非泛型集合型別,提供一些同步處理的執行緒安全性;通常會透過 SyncRoot 和 IsSynchronized 成員公開。 這些集合預設不是安全執行緒。 如果您需要可調整且有效地以多執行緒存取集合,請使用 System.Collections.Concurrent 命名空間中的其中一個類別,或考慮使用不可變的集合。 如需詳細資訊,請參閱安全執行緒集合。
一般情況下,您應該使用泛型集合。 下表說明一些常見的集合案例,以及您可以為這些案例使用的集合類別。 如果您是泛型集合的新使用者,下列表格可協助您選擇最適合您工作的泛型集合:
我想要… | 泛型集合的選項 | 非泛型集合的選項 | 安全執行緒或固定集合的選項 |
---|---|---|---|
儲存項目為成對的索引鍵/值,以供依據索引鍵快速查詢 | Dictionary<TKey,TValue> | Hashtable (成對的機碼/值之集合,依據機碼的雜湊碼加以組織)。 |
ConcurrentDictionary<TKey,TValue> ReadOnlyDictionary<TKey,TValue> ImmutableDictionary<TKey,TValue> |
依索引存取項目 | List<T> | Array ArrayList |
ImmutableList<T> ImmutableArray |
先進先出 (FIFO) 地使用項目 | Queue<T> | Queue | ConcurrentQueue<T> ImmutableQueue<T> |
後進先出 (LIFO) 地使用資料 | Stack<T> | Stack | ConcurrentStack<T> ImmutableStack<T> |
循序存取項目 | LinkedList<T> | 不推薦 | 不推薦 |
當集合中有項目移除或加入時,收到通知。 (實作 INotifyPropertyChanged 和 INotifyCollectionChanged) | ObservableCollection<T> | 不推薦 | 不推薦 |
排序的集合 | SortedList<TKey,TValue> | SortedList | ImmutableSortedDictionary<TKey,TValue> ImmutableSortedSet<T> |
數學函式的集合 | HashSet<T> SortedSet<T> |
不推薦 | ImmutableHashSet<T> ImmutableSortedSet<T> |
選擇集合類別時,值得考量效能的潛在取捨。 使用下表來參考就演算法複雜度到其對應的不可變對應項目方面,如何比較各種可變的集合型別。 不可變的集合型別通常效能較低,但提供不變性,這通常是有效的相對優點。
可變動 | 分攤 | 最差情況 | 固定 | 複雜度 |
---|---|---|---|---|
Stack<T>.Push |
O(1) | O(n ) |
ImmutableStack<T>.Push |
O(1) |
Queue<T>.Enqueue |
O(1) | O(n ) |
ImmutableQueue<T>.Enqueue |
O(1) |
List<T>.Add |
O(1) | O(n ) |
ImmutableList<T>.Add |
O(log n ) |
List<T>.Item[Int32] |
O(1) | O(1) | ImmutableList<T>.Item[Int32] |
O(log n ) |
List<T>.Enumerator |
O(n ) |
O(n ) |
ImmutableList<T>.Enumerator |
O(n ) |
HashSet<T>.Add , lookup |
O(1) | O(n ) |
ImmutableHashSet<T>.Add |
O(log n ) |
SortedSet<T>.Add |
O(log n ) |
O(n ) |
ImmutableSortedSet<T>.Add |
O(log n ) |
Dictionary<T>.Add |
O(1) | O(n ) |
ImmutableDictionary<T>.Add |
O(log n ) |
Dictionary<T> lookup |
O(1) | O(1) - 或嚴格 O(n ) |
ImmutableDictionary<T> lookup |
O(log n ) |
SortedDictionary<T>.Add |
O(log n ) |
O(n log n ) |
ImmutableSortedDictionary<T>.Add |
O(log n ) |
List<T>
可以使用 for
迴圈或 foreach
迴圈有效率地列舉。 不過,由於其索引子的 O(log n
) 時間,ImmutableList<T>
在 for
迴圈內執行作業不佳。 使用 foreach
迴圈列舉 ImmutableList<T>
會有效率,因為 ImmutableList<T>
使用二進位樹狀結構來儲存其資料,而不是像 List<T>
使用的陣列。 可以對陣列快速編製索引,而二進位樹狀結構必須逐步執行,直到找到具有所需索引的節點為止。
此外,SortedSet<T>
具有與 ImmutableSortedSet<T>
相同的複雜度,因為它們都使用二進位樹狀結構。 顯著差異在於 ImmutableSortedSet<T>
使用不可變的二進位樹狀結構。 由於 ImmutableSortedSet<T>
也提供允許變異的 System.Collections.Immutable.ImmutableSortedSet<T>.Builder 類別,因此您可以同時擁有不變性和效能。
標題 | 描述 |
---|---|
選取集合類別 | 說明不同的集合,並協助您選取用於您案例的集合。 |
常用的集合類型 | 描述常用的泛型與非泛型集合型別,例如 System.Array、System.Collections.Generic.List<T> 和 System.Collections.Generic.Dictionary<TKey,TValue>。 |
何時使用泛型集合 | 說明泛型集合類型的用法。 |
在集合內比較和排序 | 討論在集合中使用相等比較和排序比較。 |
排序集合類型 | 描述經過排序之集合的效能與特性。 |
Hashtable 和 Dictionary 集合類型 | 說明泛型和非泛型雜湊字典類型的功能。 |
安全執行緒集合 | 說明如 System.Collections.Concurrent.BlockingCollection<T> 和 System.Collections.Concurrent.ConcurrentBag<T> 這類集合類型,這類類型支援從多個執行緒進行安全有效率的並行存取。 |
System.Collections.Immutable | 介紹不可變的集合並提供集合類型的連結。 |