5.3 集合类

集合是与数组最为相似的数据类型，它弥补了数组长度不能够增加、插入和删除都不宜操作的特点，使用动态的数据成员和长度，可快捷地执行其成员的插入和删除。

C#内置了多种集合类，不同的集合类适用于不同的地方，如一些集合可以被当作是动态数组来使用，这些长度可变的数据集能够在程序执行中改变数组的长度，可以增加、释放数组元素所占的空间。除此之外，C#还提供了对堆栈、队列、列表和哈希表等的支持。

5.3.1 集合类概述

集合类是定义在System.Collections或System.Collections.Generic命名空间的一部分，因此需要在使用之前添加以下语句。

    using System.Collections.Generic;
    using System.Collections;

在C#中，所有集合都实现了ICollection接口，而ICollection接口继承自IEnumerable接口，所以每个内置的集合也都实现了IEnumerable接口。

接口的继承需要将接口中的方法全部实现，因此集合类中都含有ICollection接口成员，这些成员是集合类分别拥有实现、功能相似的。ICollection接口的成员及其作用说明如表5-3所示。

表5-3 ICollection接口的成员

接口成员表明集合对象都可以有表5-3中的成员。这些成员在各自的类中实现，功能一样，可以直接使用。

集合和数组都是数据集，用来处理一系列相关的数据，包括集合元素和数组元素的初始化、赋值、遍历等，但有以下几点不同。

（1）数组是长度固定，不能伸缩的。

（2）数组要声明元素的类型，集合类的元素类型却是Object。

（3）数组可读可写，不能声明只读数组。集合类可以提供ReadOnly()方法以只读方式使用集合。

（4）数组要有整数下标才能访问特定的元素，但集合可以通过其他方式访问元素，而且不是每个集合都能够使用下标。

集合类大多分布在System.Collections命名空间下，常见的集合类及其说明如表5-4所示。

表5-4 System.Collections命名空间常用的集合类

不同的类针对不同的数据对象，有些类是可以完成相同功能的，但类的侧重不同，运行效率就不同。

5.3.2 ArrayList类

ArrayList类的集合又称作动态数组或可变数组，数组可以看作是数据的集合，而动态数组是数据的动态集合。

动态数组与静态数组的声明和定义完全不同，静态数组可以直接由数据类型定义，而动态数组需要根据不同的类来实例化。

ArrayList类位于System.Collections命名空间中，所以在使用时，需要导入此命名空间，具体做法是在程序文档最上方添加下面的语句。

    using System.Collections;

命名空间导入之后就可以创建使用ArrayList类的对象了。由于动态数组可以改变数组长度，因此在声明时不需要指定其数组长度，如创建动态数组list，语法如下所示：

    ArrayList list = new ArrayList();

ArrayList类的属性和方法及其应用如表5-5和表5-6所示。

表5-5 ArrayList类的属性

表5-6 ArrayList类的方法

在表5-6中有对数据元素的多种删除方法，而表5-2中只有对数据元素的清除方法。静态数组的长度是不能改变的，长度的改变将导致数组被重新定义，因此没有提供静态数据删除元素的方法。上述方法都是可以直接使用的，如向动态数组中添加元素有Add()方法和Insert()方法。

【范例7】

定义ArrayList类数组list，分别使用Add()方法和Insert()方法添加数组元素，并输出所有元素值，及数组元素的个数，代码如下。

    ArrayList list = new ArrayList();
    list.Add(1);
    list.Add(2);
    list.Add(3);
    list.Add(4);
    list.Insert(3,0);
    foreach (object listnum in list)
    {
        Console.Write("{0} ",listnum);
    }
    Console.WriteLine(""); 
    Console.WriteLine(list.Count);

执行结果为：

    1 2 3 0 4
    5

由于ArrayList类型数组的元素是object类型，因此无法通过索引的方式来访问具体成员。对于ArrayList类型数组的遍历，无法使用for循环语句来执行。

5.3.3 Stack集合类

Stack集合又称作堆栈，堆栈中的数据遵循后进先出的原则，即后来被添加的元素将默认首先被遍历。如依次将1、2、3这三个元素加入堆栈，则使用foreach in语句遍历输出时，输出结果为：321。

Stack集合的容量表示Stack集合可以保存的元素数。默认初始容量为10。向Stack添加元素时，将通过重新分配来根据需要自动增大容量。Stack集合具有以下属性。

（1）Count：获取Stack中包含的元素数。

（2）IsSynchronized：获取一个值，该值指示是否同步对Stack的访问。

（3）SyncRoot：获取可用于同步Stack访问的对象。

如果元素数Count小于堆栈的容量，则直接将对象插入集合的顶部，否则需要增加容量以接纳新元素，将元素插入集合尾部。Stack集合接受null作为有效值，并且允许有重复的元素。

Stack集合类有公共方法和受保护的方法，供继承和使用。其中，常用的公共方法如表5-7所示。

表5-7 Stack集合类常用方法

5.3.4 Queue集合类

Queue集合又称作队列，是一种表示对象的先进先出集合。队列按照接收顺序存储，对于顺序存储、处理信息比较方便。Queue集合可看作是循环数组，元素在队列的一端插入，从另一端移除。

Queue的默认初始容量为32，元素添加时，将自动重新分配，增大容量。还可以通过调用TrimToSize来减少容量。

集合容量扩大时，扩大一个固定的倍数，这个倍数称作等比因子，等比因子在Queue集合类创建对象时确定，默认为2。Queue集合同样接受null作为有效值，并且允许重复的元素。

Queue集合类的属性都是共有的，可以直接使用，共有以下三个。

（1）Count：获取Queue中包含的元素数。

（2）IsSynchronized：是否同步对Queue的访问。

（3）SyncRoot：可用于同步Queue访问的对象。

Queue集合类有着公共方法和受保护的方法，同样有着与ArrayList类和Stack类作用相似的方法，如表5-8所示。

表5-8 Queue集合类常用方法

5.3.5 BitArray集合类

BitArray集合类专用于处理bit类型的数据集合，集合中只有两种数值：true和false。可以用1表示true，用0表示false。

BitArray集合元素的编号（索引）同样是从0开始，与前几个集合不同的是，BitArray集合类在创建对象时，需要指定集合的长度，如定义长度为3的bitnum对象，使用代码如下所示：

    BitArray bitnum = new BitArray(3);

若编写索引时超过BitArray的结尾，将引发异常。但BitArray集合类的长度属性Length不是只读的，可以在添加元素时重新设置。BitArray集合类的属性和方法如表5-9和表5-10所示。

表5-9 BitArray集合类公共属性

表5-10 BitArray集合类常用方法

5.3.6 SortedList集合类

SortedList集合类又称作排序列表类，是键/值对的集合。SortedList集合的元素是一组键/值对，这种有着键和值的集合又称作字典集合，在C#中有SortedList集合和Hashtable集合这两种字典集合。

SortedList的默认初始容量为0，元素的添加使集合重新分配、自动增加容量。容量可以通过调用TrimToSize()方法或设置Capacity属性减少容量。

在SortedList集合内部维护两个数组以存储列表中的元素：一个数组用于键，另一个数组用于相关联的值。SortedList集合元素具有以下特点。

（1）SortedList集合中的键不能为空null，但值可以。

（2）集合中不允许有重复的键。

（3）键和值可以是任意类型的数据。

（4）每个元素都可作为DictionaryEntry对象的键/值对。

（5）SortedList集合中的元素的键和值可以分别通过索引访问。

（6）索引从0开始。

（7）使用foreach in语句遍历集合元素时需要集合中的元素类型，SortedList元素的类型为DictionaryEntry类型。

（8）集合中元素的插入是顺序插入，操作相对较慢。

（9）SortedList允许通过相关联键或通过索引对值进行访问，提供了更大的灵活性。

（10）键值可以不连续，但键值根据索引顺序排列。

SortedList集合索引的顺序是基于排序顺序的，集合中元素的插入类似于一维数组的插入排序法：每添加一组元素，都将元素按照排序方式插入，同时索引会相应地进行调整。

当移除元素时，索引也会相应地进行调整。因此，当在SortedList中添加或移除元素时，特定键/值对的索引可能会被更改。SortedList集合类的常用属性和方法，及其说明如表5-11和表5-12所示。

表5-11 SortedList集合类常用属性

表5-12 SortedList集合类常用方法

SortedList集合中以任意顺序添加的元素，已经按照键值从小到大排列了。SortedList集合元素顺序排列是根据键的值，而不是元素值的值。元素的值可以通过索引替换，也可以分别通过键和索引移除元素。

5.3.7 Hashtable集合类

Hashtable集合类是一种字典集合，有键/值对的集合。同时，Hashtable集合又被称作哈希表。

哈希表是根据关键码值而直接进行访问的数据结构。也就是说，它通过把关键码值映射到表中一个位置来访问记录，以加快查找的速度。Hashtable类在内部维护着一个内部哈希表，这个内部哈希表为高速检索数据提供了较好的性能。内部哈希表为插入到Hashtable的每个键进行哈希编码，在后续的检索操作中，通过哈希代码，可以遍历所有元素。

由于Hashtable集合有键和值，属于字典集合，因此有着与SortedList集合相同的以下几个特点。

（1）每个元素都可作为DictionaryEntry对象的键/值对被访问。

（2）Hashtable集合中的键不能为空null，但值可以。

（3）使用foreach in语句遍历集合元素时需要集合中的元素类型，Hashtable元素的类型为DictionaryEntry类型。

（4）键和值可以是任意类型的数据。

Hashtable的默认初始容量为0。随着向Hashtable中添加元素，容量通过重新分配按需自动增加。当把某个元素添加到Hashtable时，将根据键的哈希代码将该元素放入存储桶中。该键的后续查找将使用键的哈希代码只在一个特定存储桶中搜索。

在哈希表中，键被转换为哈希代码，而值存储在存储桶中。Hashtable集合没有自动排序的功能，也没有使用索引的方法，它需要将键作为索引使用。Hashtable集合类提供了15个构造函数，常用的有如下4个，如表5-13所示。

表5-13 Hashtable类构造函数

关于Hashtable集合的属性和方法如表5-14和表5-15所示。

表5-14 Hashtable类常用属性

表5-15 Hashtable类常用方法