.NET Framework 的容器

2005年11月7日 · 阅读需 5 分钟

自从我发现了 STL（Standard Template Library），它就成了我编写 C++ 程序时的标配。STL 提供的容器和算法极大地简化了开发工作，提高了代码复用性和可维护性。
最近，我开始研究 C# 中的泛型和标准容器，试图了解它们在实现 STL 类似功能时的表现。本篇文章总结了 C# 的标准容器，以及它们的特点和用法。研究的环境是 Visual C# 2005。

C# 的容器分类

在 C# 中，容器大致可以分为两类：数组（Array）和集合（Collection）。

Array 类
System.Array 类是 C# 中提供的一种基本容器，可以看作是 STL 中 vector 的类似实现。它提供了数组操作的基础功能，如查找和排序。
特点：
- 不需要通过专门的类声明变量。直接使用元素类型加中括号即可声明数组，例如：
```
int[] myIntArray = new int[5] { 1, 2, 3, 4, 5 };
```
- 声明方式直观，但灵活性稍逊于泛型集合。
集合（Collections）
集合类在 C# 中主要分布在以下两个命名空间中：
- System.Collections（C# 1.0）
  该命名空间包含了一些非泛型集合类，如：
  - ArrayList
  - BitArray
  - Hashtable
  - Queue
  - SortedList
  - Stack
    这些容器为早期的 C# 提供了数据存储和操作的基本工具，但由于它们不支持类型安全，使用时需要格外注意类型转换问题。
- System.Collections.Generic（C# 2.0 引入）
  C# 2.0 引入泛型编程后，该命名空间新增了泛型集合类，极大地提升了代码的类型安全性和性能。主要容器包括：
  - Dictionary：键值对集合，类似于 STL 中的 map 和 multimap。
  - LinkedList：双向链表实现，用于插入和删除频繁的场景。
  - List：类似于 STL 中的 vector，是一个动态数组。
  - Queue：先进先出（FIFO）集合，与 STL 中的 queue 功能类似。
  - SortedDictionary 和 SortedList：提供有序存储功能。
  - Stack：后进先出（LIFO）集合，与 STL 中的 stack 类似。

与 STL 的对比

C# 和 C++ STL 提供的容器种类有一定相似性，但也存在一些显著差异：

C# 容器	STL 容器	功能描述
`Array`	`vector`	动态数组，支持随机访问。
`Dictionary`	`map`/`multimap`	键值对集合，支持快速查找。
`List` / `SortedList`	`list`	单链表/有序列表。
`Queue`	`queue`	先进先出的队列结构。
`Stack`	`stack`	后进先出的栈结构。
`BitArray`	`bitset`	位操作集合。

虽然两者在功能上有很多重叠，但 C# 的集合通过泛型和命名空间分类，实现了更好的类型安全性和模块化。

主要容器简介

Array Array 提供基础数组功能。声明简单，功能全面，例如：
```
int[] numbers = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 };
Array.Sort(numbers);
Array.Reverse(numbers);
```
它类似于 STL 的 vector，但无法动态扩展长度。

Dictionary Dictionary 是一种键值对集合，常用于快速查找和映射。例如：

Dictionary<string, int> nameToAge = new Dictionary<string, int>();
nameToAge.Add("Alice", 30);
nameToAge.Add("Bob", 25);

List List 是一个动态数组，支持快速随机访问和灵活的扩展。例如：
```
List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3 };
numbers.Add(4);
numbers.RemoveAt(2);
```

Queue 先进先出的集合结构：

Queue<string> tasks = new Queue<string>();
tasks.Enqueue("Task 1");
tasks.Enqueue("Task 2");
string nextTask = tasks.Dequeue();

Stack 后进先出的集合结构：

Stack<string> history = new Stack<string>();
history.Push("Page 1");
history.Push("Page 2");
string lastVisited = history.Pop();

总结

C# 提供的容器丰富多样，尤其是泛型容器在性能和类型安全性上远胜于 C# 1.0 中的非泛型集合。虽然它们与 STL 的容器设计思路有所不同，但在功能实现上，C# 集合为开发者提供了相当强大的工具。无论是选择 Array 还是泛型集合，开发者都能根据需求灵活使用。

C# 的容器分类​

与 STL 的对比​

主要容器简介​

总结​

C# 的容器分类

与 STL 的对比

主要容器简介

总结