C# 數(shù)據(jù)容器詳解：Array、List、Dictionary、LinkedList、Queue、Stack

黃金屋1 2022-06-05 發(fā)布于北京

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前言

在Unity有一個與數(shù)據(jù)容器息息相關(guān)的命名空間：System.Collections.Generic，其包含用于定義泛型集合的接口和類，可允許用戶創(chuàng)建強(qiáng)類型集合，以提供比非泛型強(qiáng)類型集合更好的類型安全性和性能

本篇博客用來介紹這些通過泛型實現(xiàn)的安全類型的數(shù)據(jù)容器（ArrayList是一個例外），話不多說，直接開始

Array

特點：

數(shù)組是一種線性結(jié)構(gòu)，需要聲明長度
   通過下標(biāo)查找時間復(fù)雜度為O（1）
   插入刪除比較復(fù)雜

常用屬性：

Length:獲取出數(shù)組所有維度的長度
Rank:獲取數(shù)組的維度

方法：

Clear(Array, Int32, Int32)：在指定數(shù)組的某一范圍將數(shù)組恢復(fù)為默認(rèn)值（比如整數(shù)數(shù)組歸零）
Sort(Array)：對于數(shù)組中的元素進(jìn)行排序
Clone()：創(chuàng)建Array副本
GetType()：獲取當(dāng)前數(shù)組實例的Type
Initialize()：通過調(diào)用值類型的無參數(shù)構(gòu)造函數(shù)，初始化值類型 Array 的每一個元素
Reverse(Array)：反轉(zhuǎn)數(shù)組中元素的順序

使用方式：

通過下面的代碼來理解一些關(guān)鍵屬性方法的使用方式：

int[] nums = new int[] { 2, 7, 11, 15 };

        //leangth來獲取數(shù)組的長度
        Console.WriteLine(nums.Length);

        //對數(shù)組中元素進(jìn)行排序
        Array.Sort(nums);

        //反轉(zhuǎn)數(shù)組中元素的順序
        Array.Reverse(nums);
       

        //復(fù)制nums數(shù)組
        int[] nums_Copy = (int[])nums.Clone();

        //清除數(shù)組元素，將nums中所有元素變?yōu)?
        Array.Clear(nums, 0, nums.Length);

        //同樣將數(shù)組中元素恢復(fù)默認(rèn)
        nums.Initialize();

ArrayList

ArrayList核心是數(shù)組，但是是在數(shù)組的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展，首先就是其動態(tài)擴(kuò)容的特點，然后再一定程度上同日出生了其查詢速度

ArrayList的使用需要引入命名方法：using System.Collections;

特點：

可以動態(tài)擴(kuò)容：通過創(chuàng)建一個更大的新數(shù)組，來將原來的數(shù)組轉(zhuǎn)移到新數(shù)組
插入刪除比數(shù)組方便
類似于數(shù)組，同樣通過下標(biāo)索引

存儲的是對象：

需要裝箱、拆箱操作
是不安全類型

注意
裝箱：將值類型轉(zhuǎn)換為引用類型（隱式轉(zhuǎn)換）
拆箱：將引用類型轉(zhuǎn)換為值類型（顯式轉(zhuǎn)換）

屬性

Capacity：獲取或者設(shè)置ArrayList中可以包含的元素個數(shù)
Count：獲取ArrayList中實際包含的元素個數(shù)
ArrayList[]:通過下標(biāo)索引

方法

Add：添加元素在ArrayList的尾部
Clear：清除所有元素
Contains：確定某個元素是否在ArrayList內(nèi)
Sort：排序

使用方式

關(guān)于ArrayList使用方式有很多與Array相同，可以通過如下案例看出：

//創(chuàng)建
        ArrayList m_arrayList = new ArrayList();
        
        ArrayList al = new ArrayList { 1, 2, 3, 4 };
        //元素插入
        m_arrayList.Add("001");
        m_arrayList.Add(1);

        //第一中遍歷方式
        for(int i=0;i<m_arrayList.Count;i++)
        {
            Console.WriteLine(m_arrayList[i]);
        }
        //第二種遍歷方式
        foreach(Object j in m_arrayList)
        {
            Console.WriteLine(j);
        }

List

List就是通過將泛型數(shù)據(jù)存儲在一個泛型數(shù)組中，從而實現(xiàn)一個數(shù)據(jù)安全類型的列表，添加元素時若超過中當(dāng)前泛型數(shù)組的容量，則進(jìn)行二倍擴(kuò)容，進(jìn)而實現(xiàn)List大小動態(tài)變化

特點：

核心是數(shù)組：

可以動態(tài)擴(kuò)容：同樣是創(chuàng)建新的更大數(shù)組來遷移數(shù)據(jù)
使用泛型來實現(xiàn)對裝箱拆箱操作的避免

內(nèi)存優(yōu)化：

對于List可以規(guī)定長度，來避免動態(tài)擴(kuò)容操作，這樣就可以避免新的內(nèi)存空間的消耗
相對于ArrayList，List避免了裝箱拆箱操作，性能表現(xiàn)更好

屬性：

Capacity：獲取或設(shè)置該內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在不調(diào)整大小的情況下能夠容納的元素總數(shù)。
Count：獲取 List 中包含的元素數(shù)。
Item[Int32]：獲取或設(shè)置指定索引處的元素。

方法：

Add：添加元素在List的尾部
Clear：清除所有元素
Contains：確定某個元素是否在List內(nèi)
Sort：排序

使用方式

通過上面的屬性方法，也可以看出其使用方式于ArrayList差不多

//創(chuàng)建一個列表,長度確定的情況下可以規(guī)定長度，減少new的產(chǎn)生
        List<int> nums = new List<int>(12);


        //向列表插入數(shù)據(jù)
        nums.Add(1);
        nums.Add(2);

        //遍歷列表元素

        for(int i=0;i<nums.Count;i++)
        {
            Console.WriteLine(nums[i]);
        }

        foreach(int num in nums)
        {
            Console.WriteLine(num);

        }
        //判斷某一個元素是否在列表中
        if(nums.Contains(1))
        {
            Console.WriteLine("1在列表nums中");
        }

        //排序
        nums.Sort();

HashTable

特點

HashTable類似于字典，也是鍵值對的形式
查詢速度快，插入速度慢
容量固定，根據(jù) 數(shù)組索引獲得值

//哈希表結(jié)構(gòu)體
private struct bucket {
   	public Object key;//鍵
    public Object values;//值
    public int hashCode;//哈希碼
}

原理：

不定長的二進(jìn)制數(shù)據(jù)通過哈希函數(shù)映射到一個較短的二進(jìn)制數(shù)據(jù)集，即Key通過HashFunction函數(shù)獲得HashCode
但是這樣的HashCode依舊很長，不方便索引，于是又將這些HashCode通過哈希桶算法進(jìn)行分段（一般都是取余數(shù)），這樣就會減小每一段的索引距離

LinkedList

特點：

鏈表插入刪除方便，查找相對于數(shù)組來說比較慢
為了解決線性表的刪除問題，對于數(shù)組，列表，數(shù)組列表插入刪除是很復(fù)雜的一件事，而鏈表則不需要對于其進(jìn)行遍歷，即可實現(xiàn)其遍歷過程
鏈表通過遞歸實現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

其屬性方法：

屬性：

Count：包含的節(jié)點數(shù)
First：獲取鏈表的第一個節(jié)點
Last：獲取鏈表的最后一個節(jié)點

方法：

AddFirst(T)：開頭處添加指定值的節(jié)點
AddLast(T):結(jié)尾處添加指定的節(jié)點
Clear():移除所有的節(jié)點
Contains(T):判斷是否包含某一個值
FInd(T):查找包含值的第一個節(jié)點
FIndLast(T):查找包含值的最后一個節(jié)點
Remove():移除指定值的第一個匹配項
RemoveFirst():移除位于開頭的節(jié)點
RemoveLast():移除位于結(jié)尾處的節(jié)點

Dictionary

Dictionary<TKey,TValue>泛型類提供一組鍵到一組值的映射。每次對字典的添加都包含一個值和與其關(guān)聯(lián)的鍵。使用其鍵檢索值的速度非?？?，接近 O (1) ，因為 Dictionary<TKey,TValue>該類是作為哈希表實現(xiàn)的

字典在C#中是一種很常用的數(shù)據(jù)容器，在Unity中有很多的應(yīng)用場景，尤其是框架階段，如下：

事件管理器
UI界面管理器
有限狀態(tài)機(jī)
資源加載器
對象池

特點：

索引方便，時間復(fù)雜度接近O(1)
是安全類型
鍵唯一

屬性：

Count:獲取字典中包含的鍵值對的個數(shù)
Keys:獲取字典中包含鍵的集合
Values：獲取字典中包含的值的集合

方法：

Add(Key,Value)：添加鍵值對
Clear()：移除字典中所有鍵值對
ContainsKey(Key)：判斷字典中是否有該鍵
ContainsValue(Value)：判斷字典中是否有該值
Remove（Key)：從字典中移除指定鍵的值
Remove（Key，Value):從元素中移除指定鍵的值，并復(fù)制給Value
TryAdd(Key,Value):嘗試將鍵值對插入到字典中，如果成功則返回True

使用方式:

關(guān)于字典的使用方式還是比較復(fù)雜的，主要是兩個變量以及兩者之間的對應(yīng)關(guān)系的理解

//創(chuàng)建一個字典
        Dictionary<string, string> peoples = new Dictionary<string, string>();


        //插入鍵值對
        if(!peoples.ContainsKey("小明"))
        {
            peoples.Add("小明", "男");
            peoples.Add("小紅", "女");
        }

        //遍歷字典中所有的鍵，同樣可以遍歷所有的值
        Dictionary<string,string>.KeyCollection keys = peoples.Keys;
        foreach(string s in keys)
        {
            Console.WriteLine(s);
        }

        //遍歷字典并輸出鍵和值
        foreach (KeyValuePair<string, string> kv in peoples)
        {
            Console.WriteLine(kv.Key);
            Console.WriteLine(kv.Value);
        }

        //修改鍵值對的值
        if (peoples.ContainsKey("小明"))
        {
            peoples["小明"] = "女";
        }

        //刪除鍵值對
        if (peoples.ContainsKey("小明"))
        {
            peoples.Remove("小明");
        }