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C# 集合（Collection）详解以及区别

article 2025/3/26 9:03:03

C# 集合（Collection）是用于数据存储和检索的核心数据结构，支持动态内存管理、多种数据组织形式及高效操作。以下是其核心特性和分类：

一、集合的核心作用

‌1、动态扩展‌
集合可动态调整容量（如 List），相比固定大小的数组更灵活‌。
2、‌多样化数据结构‌
提供栈（Stack）、队列（Queue）、列表（List）、哈希表（Dictionary<TKey,TValue>）等结构，适应不同场景需求‌
3‌、高效操作‌
通过哈希表、平衡树等结构优化查找、插入和删除操作的性能‌

二、C# 集合的核心分类‌

C# 集合主要分为 ‌泛型集合‌ 和 ‌非泛型集合‌，分别位于 System.Collections.Generic 和 System.Collections 命名空间。
此外，还有 ‌线程安全集合‌（System.Collections.Concurrent）和 ‌特殊用途集合‌（如 ObservableCollection）。

核心接口‌
所有集合类型基于以下接口实现：

‌接口‌ ‌	作用‌
IEnumerable	支持集合遍历（如 foreach）
ICollection	定义集合大小、同步操作等基础功能
IList/IDictionary	提供索引或键值对访问（如 List、Dictionary）

‌三、常用集合类型详解及对比‌

‌1. 动态数组‌

‌类型‌	‌特点‌	‌适用场景‌
List	泛型动态数组，支持索引、动态扩容，高效增删（尾部操作O(1)，中间操作O(n)）	需频繁修改的强类型数据集合
ArrayList	非泛型动态数组，存储object，需装箱/拆箱，类型不安全	旧代码兼容，非泛型场景

‌示例代码‌

List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3 };
numbers.Add(4);  // O(1)（若未扩容）
numbers.RemoveAt(0);  // O(n)

‌2. 键值对集合‌

‌类型‌ ‌	特点‌	‌适用场景‌
Dictionary<TKey,TValue>	泛型哈希表，键唯一，查找/插入/删除接近O(1)	高频键值查询（如缓存）
Hashtable	非泛型哈希表，键值均为object，性能较低	旧代码兼容
SortedDictionary<TKey,TValue>	基于红黑树实现，按键排序，插入/删除O(log n)	需要有序键值对的场景

‌示例代码‌

Dictionary<string, int> scores = new Dictionary<string, int>();
scores.Add("Alice", 90);  // O(1)
int aliceScore = scores["Alice"];  // O(1)

‌3. 队列与栈‌

‌类型‌ ‌	特点‌	‌适用场景‌
Queue	先进先出（FIFO），入队/出队均为O(1)	任务调度、消息缓冲
Stack	后进先出（LIFO），入栈/出栈均为O(1)	撤销操作、递归模拟

‌示例代码‌

Queue<string> tasks = new Queue<string>();
tasks.Enqueue("Task1");  // O(1)
string nextTask = tasks.Dequeue();  // O(1)

‌4. 链表‌

‌类型‌	‌特点‌	‌适用场景‌
LinkedList	双向链表，插入/删除任意位置O(1)（需先找到节点），内存占用较高	高频插入删除，无需索引访问

‌示例代码‌

LinkedList<int> linkedList = new LinkedList<int>();
linkedList.AddLast(10);  // O(1)
linkedList.AddFirst(5);  // O(1)

‌5. 其他特殊集合‌

‌类型‌ ‌	特点‌
HashSet	无序、唯一元素集合，基于哈希表，查找/插入O(1)
SortedSet	有序唯一元素集合，基于红黑树，插入/删除O(log n)
ObservableCollection	数据变化时触发通知（如WPF绑定）

四、集合选择的核心原则‌

1‌、数据类型安全‌

优先使用泛型集合（如 List 而非 ArrayList），避免装箱拆箱和运行时错误。

2、‌访问方式‌

按索引访问：List 或数组。
按键访问：Dictionary<TKey,TValue>。

3、‌性能需求‌

高频插入/删除：LinkedList（中间操作）或 List（尾部操作）。
快速查找：哈希表（Dictionary）。

4、‌线程安全‌

多线程场景使用 ConcurrentQueue、ConcurrentDictionary 等并发集合。

5、‌内存效率‌

数据量固定时优先用数组，动态调整时用集合。

‌五、关键区别总结‌

‌集合类型‌	‌ 内部结构‌	‌‌ 时间复杂度（平均）‌	‌ ‌适用场景‌
List	‌‌‌动态数组	‌‌ 索引访问O(1)，中间增删O(n)	‌‌ 通用动态数据存储
Dictionary<TKey,TValue>	‌ 哈希表	‌‌查找/插入/删除接近O(1)	‌‌高频键值查询
LinkedList	‌双向链表	‌插入/删除O(1)	‌（需先查找节点）
HashSet	‌ 哈希表	‌查找/插入/删除O(1)	‌‌去重、集合运算（交/并集）
SortedSet	‌红黑树	‌插入/删除O(log n)	‌‌ 需要有序唯一元素的场景