深入理解C#中的集合类型：从基础到高级应用
在C#编程中，集合（Collections） 是存储和管理一组数据的重要数据结构。无论是简单的数组还是复杂的键值对存储，C#提供了丰富的集合类型来满足不同的需求。本文将全面介绍C#中的各种集合类型，包括非泛型集合、泛型集合、并发集合和不可变集合，并分析它们的适用场景、性能特点以及最佳实践。
1. 集合类型概述
在C#中，集合类型主要分为以下几类：
-
非泛型集合（System.Collections）：早期版本提供的集合，可以存储任意类型的对象，但缺乏类型安全。
-
泛型集合（System.Collections.Generic）：类型安全的集合，性能更优，推荐使用。
-
并发集合（System.Collections.Concurrent）：线程安全的集合，适用于多线程环境。
-
不可变集合（System.Collections.Immutable）：一旦创建就不能修改的集合，适用于函数式编程和并行计算。
2. 非泛型集合（System.Collections）
非泛型集合可以存储任何类型的对象（object），但由于它们不提供编译时类型检查，可能导致运行时错误。主要类型包括：
（1）ArrayList（动态数组）
-
类似于数组，但可以动态调整大小。
-
存储的是
object类型，需要拆箱和装箱操作，影响性能。
ArrayList list = new ArrayList();
list.Add(10); // 存储整数
list.Add("Hello"); // 存储字符串
int num = (int)list[0]; // 需要显式转换（2）Hashtable（哈希表）
-
基于键值对存储，使用哈希算法提高查找速度。
-
键和值都是
object类型，存在类型安全问题。
Hashtable table = new Hashtable();
table.Add("Name", "Alice");
table.Add("Age", 25);
string name = (string)table["Name"]; // 需要类型转换（3）Queue（队列）
-
先进先出（FIFO） 结构，适用于任务调度。
Queue queue = new Queue();
queue.Enqueue("Task1");
queue.Enqueue("Task2");
string task = (string)queue.Dequeue(); // 返回 "Task1"（4）Stack（栈）
-
后进先出（LIFO） 结构，适用于撤销操作、递归算法等。
Stack stack = new Stack();
stack.Push("Item1");
stack.Push("Item2");
string item = (string)stack.Pop(); // 返回 "Item2"（5）SortedList（排序列表）
-
按键排序的键值对集合，类似于
Hashtable，但保持有序。
SortedList sortedList = new SortedList();
sortedList.Add("Zebra", 100);
sortedList.Add("Apple", 200);
// 遍历时按键排序：Apple → Zebra非泛型集合的缺点
-
类型不安全：需要手动类型转换，可能导致运行时错误。
-
性能较低：由于使用
object，涉及拆箱/装箱操作。 -
推荐替代方案：尽量使用泛型集合（如
List、Dictionary）。
3. 泛型集合（System.Collections.Generic）
泛型集合在C# 2.0引入，提供了类型安全和高性能的数据存储方式。常用类型包括：
（1）List（动态数组）
-
类似于
ArrayList，但类型安全，性能更好。
List names = new List();
names.Add("Alice");
names.Add("Bob");
string first = names[0]; // 无需类型转换 （2）Dictionary（字典）
-
基于哈希表的键值对集合，查找速度极快（O(1)）。
Dictionary employees = new Dictionary();
employees.Add(1, "John");
employees.Add(2, "Mary");
string name = employees[2]; // 返回 "Mary" （3）Queue（泛型队列）
-
类型安全的FIFO结构。
Queue numbers = new Queue();
numbers.Enqueue(10);
numbers.Enqueue(20);
int firstNum = numbers.Dequeue(); // 返回 10 （4）Stack（泛型栈）
-
类型安全的LIFO结构。
Stack stack = new Stack();
stack.Push("First");
stack.Push("Second");
string top = stack.Pop(); // 返回 "Second" （5）HashSet（哈希集合）
-
存储唯一元素，适用于去重操作。
HashSet uniqueNumbers = new HashSet();
uniqueNumbers.Add(1);
uniqueNumbers.Add(1); // 不会重复添加
Console.WriteLine(uniqueNumbers.Count); // 输出 1 （6）LinkedList（双向链表）
-
支持高效插入和删除，但随机访问较慢（O(n)）。
LinkedList linkedList = new LinkedList();
linkedList.AddLast("A");
linkedList.AddLast("B");
linkedList.AddFirst("C"); // 链表顺序：C → A → B 泛型集合的优势
-
类型安全：编译时检查类型，减少运行时错误。
-
性能更高：避免拆箱/装箱操作。
-
推荐使用：在大多数情况下，优先选择泛型集合。
4. 并发集合（System.Collections.Concurrent）
在多线程环境下，普通集合可能引发竞争条件（Race Condition）。C#提供了线程安全的并发集合：
（1）ConcurrentBag（线程安全无序集合）
-
适用于多线程环境下的数据存储。
ConcurrentBag bag = new ConcurrentBag();
Parallel.For(0, 10, i => bag.Add(i)); （2）ConcurrentDictionary（线程安全字典）
-
支持并发读写。
ConcurrentDictionary dict = new ConcurrentDictionary();
dict.TryAdd("Key1", 100);
dict.TryUpdate("Key1", 200, 100); // 更新值 （3）BlockingCollection（阻塞集合）
-
适用于生产者-消费者模式，支持限制集合大小。
BlockingCollection queue = new BlockingCollection(boundedCapacity: 10);
// 生产者线程
Task.Run(() => { queue.Add(1); });
// 消费者线程
Task.Run(() => { int item = queue.Take(); }); 适用场景
-
多线程编程：如任务队列、并行计算。
-
避免锁竞争：比手动加锁（
lock）更高效。
5. 不可变集合（System.Collections.Immutable）
不可变集合在创建后不能被修改，适用于函数式编程和高并发场景。
（1）ImmutableList（不可变列表）
ImmutableList immutableList = ImmutableList.Create("A", "B");
ImmutableList newList = immutableList.Add("C"); // 返回新列表，原列表不变 （2）ImmutableDictionary（不可变字典）
ImmutableDictionary dict = ImmutableDictionary.Create();
dict = dict.Add(1, "One");
dict = dict.SetItem(1, "NewOne"); // 返回新字典 适用场景
-
多线程安全：无需锁机制，天然线程安全。
-
函数式编程：避免副作用（Side Effects）。
6. 如何选择合适的集合类型？
| 需求 | 推荐集合 |
|---|---|
| 动态数组 | List |
| 键值对存储 | Dictionary |
| 先进先出（FIFO） | Queue |
| 后进先出（LIFO） | Stack |
| 去重存储 | HashSet |
| 多线程安全 | ConcurrentDictionary |
| 不可变数据 | ImmutableList |
7. 总结
C#提供了丰富的集合类型，适用于不同的应用场景：
-
非泛型集合（已过时，不推荐使用）。
-
泛型集合（推荐，类型安全且高效）。
-
并发集合（适用于多线程）。
-
不可变集合（适用于函数式编程和高并发）。
在实际开发中，应根据性能、线程安全和数据访问模式选择合适的集合类型。泛型集合（如List、Dictionary）是最常用的选择，而并发集合和不可变集合则适用于特定场景。
希望本文能帮助你更好地理解C#集合类型，并在项目中做出更优的选择！