C# 集合全面指南：种类、遍历、用法与注意事项

一、C# 集合概述

C# 中的集合是用于存储和管理一组相关对象的特殊类，它们提供了比数组更强大的功能，如动态大小调整、排序、搜索等。

二、集合的主要种类

1.非泛型集合 (System.Collections)

// 已过时，不推荐在新项目中使用 ArrayList list = new ArrayList(); list.Add(1); // 可以添加任何类型 list.Add("string"); // 类型不安全

2.泛型集合 (System.Collections.Generic)-推荐使用

列表类集合

// List<T> - 最常用的动态数组 List<string> fruits = new List<string> { "Apple", "Banana", "Orange" }; fruits.Add("Mango"); fruits.Remove("Banana"); // LinkedList<T> - 双向链表 LinkedList<int> numbers = new LinkedList<int>(); numbers.AddLast(1); numbers.AddFirst(0); // ObservableCollection<T> - 支持数据绑定和通知 ObservableCollection<string> items = new ObservableCollection<string>(); items.CollectionChanged += (sender, e) => { Console.WriteLine("集合已更改"); };

字典类集合

// Dictionary<TKey, TValue> - 哈希表实现的键值对 Dictionary<string, int> ages = new Dictionary<string, int> { ["Alice"] = 25, ["Bob"] = 30 }; ages["Charlie"] = 28; // SortedDictionary<TKey, TValue> - 基于二叉搜索树的有序字典 SortedDictionary<int, string> sortedDict = new SortedDictionary<int, string>(); // ConcurrentDictionary<TKey, TValue> - 线程安全的字典 ConcurrentDictionary<string, int> concurrentDict = new ConcurrentDictionary<string, int>();

队列和栈

// Queue<T> - 先进先出(FIFO) Queue<string> queue = new Queue<string>(); queue.Enqueue("First"); queue.Enqueue("Second"); string firstItem = queue.Dequeue(); // Stack<T> - 后进先出(LIFO) Stack<int> stack = new Stack<int>(); stack.Push(1); stack.Push(2); int topItem = stack.Pop();

集合类

// HashSet<T> - 不包含重复元素的高性能集合 HashSet<int> uniqueNumbers = new HashSet<int> { 1, 2, 2, 3 }; // 结果: 1, 2, 3 // SortedSet<T> - 有序的不重复集合 SortedSet<string> sortedSet = new SortedSet<string>(); // ReadOnlyCollection<T> - 只读集合包装器 IReadOnlyList<string> readOnlyList = fruits.AsReadOnly();

不可变集合 (System.Collections.Immutable)

// 线程安全且不可变的集合 ImmutableList<string> immutableList = ImmutableList.Create("A", "B", "C"); ImmutableDictionary<string, int> immutableDict = ImmutableDictionary.Create<string, int>();

三、集合的遍历方式

1.foreach 循环 (推荐)

foreach (var fruit in fruits) { Console.WriteLine(fruit); } // 遍历字典 foreach (KeyValuePair<string, int> kvp in ages) { Console.WriteLine($"{kvp.Key}: {kvp.Value}"); }

2.for 循环 (适用于需要索引的情况)

for (int i = 0; i < fruits.Count; i++) { Console.WriteLine($"索引 {i}: {fruits[i]}"); }

四、常见用法示例

1.集合初始化

// 多种初始化方式 List<int> numbers1 = new List<int> { 1, 2, 3 }; List<int> numbers2 = new() { 1, 2, 3 }; // C# 9.0 var numbers3 = new List<int> { 1, 2, 3 }; // 字典初始化 var dict1 = new Dictionary<string, int> { { "Alice", 25 }, { "Bob", 30 } }; var dict2 = new Dictionary<string, int> { ["Alice"] = 25, ["Bob"] = 30 };

2.集合操作

// 添加元素 fruits.Add("Grape"); fruits.AddRange(new[] { "Peach", "Pear" }); fruits.Insert(1, "Lemon"); // 删除元素 fruits.Remove("Apple"); fruits.RemoveAt(0); fruits.RemoveAll(f => f.StartsWith("A")); // 查找元素 bool hasApple = fruits.Contains("Apple"); int index = fruits.IndexOf("Banana"); var apple = fruits.Find(f => f == "Apple"); // 排序 fruits.Sort(); fruits.Sort((x, y) => x.Length.CompareTo(y.Length)); // 转换数组 string[] fruitArray = fruits.ToArray(); List<string> fruitList = fruitArray.ToList();

3.性能优化操作

// 预设容量提升性能 List<string> largeList = new List<string>(10000); // 批量操作 List<int> source = Enumerable.Range(1, 10000).ToList(); List<int> destination = new List<int>(source.Count); destination.AddRange(source);

五、重要注意事项

1.集合选择指南

选择原则： - 需要快速随机访问 → List<T> - 频繁插入/删除 → LinkedList<T> - 键值对存储 → Dictionary<TKey, TValue> - 需要排序 → SortedDictionary<TKey, TValue> - 去重 → HashSet<T> - 线程安全 → ConcurrentBag/Queue/Stack/Dictionary - 只读 → ReadOnlyCollection<T> - 不可变 → ImmutableList/Dictionary

2.遍历时修改集合的陷阱

// 遍历时直接修改会抛出InvalidOperationException foreach (var fruit in fruits) { if (fruit == "Apple") fruits.Remove(fruit); // 运行时错误！ } // 正确做法1：使用ToArray()副本 foreach (var fruit in fruits.ToArray()) { if (fruit == "Apple") fruits.Remove(fruit); } // 正确做法2：使用for循环反向遍历 for (int i = fruits.Count - 1; i >= 0; i--) { if (fruits[i] == "Apple") fruits.RemoveAt(i); } // 正确做法3：先标记后删除 var itemsToRemove = new List<string>(); foreach (var fruit in fruits) { if (fruit == "Apple") itemsToRemove.Add(fruit); } foreach (var item in itemsToRemove) { fruits.Remove(item); }

3.字典使用注意事项

Dictionary<string, int> dict = new Dictionary<string, int>(); // 错误：访问不存在的键 int value = dict["nonexistent"]; // KeyNotFoundException // 正确：使用TryGetValue if (dict.TryGetValue("Alice", out int age)) { Console.WriteLine(age); } // 正确：使用ContainsKey检查 if (dict.ContainsKey("Alice")) { value = dict["Alice"]; } // 字典键的自定义类型需要正确实现GetHashCode和Equals public class Person { public string Name { get; set; } public override bool Equals(object obj) => obj is Person other && Name == other.Name; public override int GetHashCode() => Name?.GetHashCode() ?? 0; }

4.性能注意事项

// List<T>的容量管理 List<int> list = new List<int>(); for (int i = 0; i < 1000; i++) { list.Add(i); // 多次重新分配内存 // 如果知道大小，预设容量 List<int> optimizedList = new List<int>(1000); } // HashSet<T> vs List<T>的Contains性能 HashSet<string> hashSet = new HashSet<string>(); // O(1) List<string> normalList = new List<string>(); // O(n)

5.线程安全

// 非线程安全 List<string> unsafeList = new List<string>(); // 使用锁 object lockObj = new object(); lock (lockObj) { unsafeList.Add("item"); } // 使用并发集合 ConcurrentBag<string> safeBag = new ConcurrentBag<string>(); safeBag.Add("item");

6.内存管理

// 及时清理不再使用的集合 List<byte[]> largeData = new List<byte[]>(); // 使用后清理 largeData.Clear(); largeData.TrimExcess(); // 释放多余容量 // 使用using语句处理需要释放资源的集合 using (BlockingCollection<int> collection = new BlockingCollection<int>()) { // 使用集合 }

7.空值处理

// 处理可能的null集合 List<string> possibleNullList = GetList(); var count = possibleNullList?.Count ?? 0; // 安全访问 // 使用空集合代替null public List<string> GetItems() { return new List<string>(); // 而不是返回null }

六、总结

1. 优先使用泛型集合，避免非泛型集合

2. 根据场景选择合适的集合类型

3. 遍历时避免修改集合内容

4. 合理预设集合容量提升性能

5. 及时释放不再使用的集合