改善C#程序的建议3：在C#中选择正确的集合进行编码

要选择正确的集合，我们首先要了解一些数据结构的知识。所谓数据结构，就是相互之间存在一种或多种特定关系的数据元素的集合。结合下图，我们看一下对集合的分类。

集合分类

在上图中，可以看到，集合总体上分为线性集合和非线性集合。线性集合指元素具有唯一的前驱和后驱的数据结构类型。非线性集合是指具有多个前驱或后驱的数据结构类型，如：树、图。在FCL中，非线性集合实现的比较少，所以我们将会更多的讨论线性集合。

注意：由于类型安全、转型效率等方面的原因，本建议将只讨论泛型集合。

线性集合按存储方式，又分为直接存储和顺序存储。所谓直接存储是指：该类型的集合数据元素可以直接通过下标（也即index）来访问，在C#中有三种形式：Array（包括数组和List<T>），string，struct。直接存储结构的优点是：向数据结构中添加元素是很高效的，只要直接放在数据末尾的第一个空位上就可以了。它的缺点是：向集合插入元素将会变得低效，它需要给插入的元素腾出位置并顺序移动后面的元素。

string和structs虽然是直接存储结构，但它们与一般的集合定义有很大的不同，所以也不在本建议讨论之中。在直接存储的数据结构中，需要区分的是数组和List<T>的选择。再次强调一下：如果集合的数目固定并且不涉及到转型，使用数组效率高，否则就使用List<T>。

顺序存储结构，也即线性表。线性表的大小可动态的扩大和缩小，它在一片连续的区域中存储数据元素。线性表不能按照索引进行查找，它通过对地址的引用来搜索元素，为了找到某个元素，它必须遍历所有元素，直到找到对应的元素为止。所以线性表的优点是插入和删除数据效率高，而缺点是查找的效率相对来说低一些。

线性表又可以分为队列、栈以及索引群集，在C#中，分别表现为：Queue<T>，Stack<T>，索引群集又进一步泛化为字典类型Dictionary< TKey, TValue >和双向链表LinkedList<T>。

队列Queue<T>遵循的是先入先出模式，它在集合末尾添加元素，在集合起始删除元素，如图：

队列操作

根据队列的特点，可以用来处理并发命令等场景：将所有客户端的命令先入队，由专门的工作线程来执行队列的命令。在分布式中的消息队列就是一个典型的队列应用实例。

栈Stack<T>遵循的是后入先出模式，它在集合末尾添加元素，同时也在集合末尾删除元素，如图2-3：

栈操作

字典Dictionary<TKey, TValue>存储的是键值对，值在基于键的散列码的基础上进行存储。字典类对象由包含集合元素的存储桶组成，每一存储桶与基于该元素的键的哈希值关联。如果需要根据键进行值的查找，使用Dictionary<TKey, TValue>将会使搜索和检索更会快捷。

双向链表LinkedList<T>是一个类型为LinkedListNode的元素对象的集合。当我们在集合中觉得插入和删除数据很慢的时候，我们可以考虑使用链表。如果我们使用LinkedList<T>，我们会发现此类型并没有其它集合普遍具有的Add方法，取而代之的是AddAfter、AddBefore、AddFirst、AddLast等方法。双向链表中的每个节点都向前指向Previous节点，向后指向Next节点。

以上讨论了线性集合，在FCL中，非线性集合实现的不多。非线性集合分为层次集合和组集合。层次集合，如树，在FCL中就没有实现。组集合，又分为集和图。集在FCL中实现为HashSet<T>，而图在FCL中也没有对应实现。集的概念在本意上是指存放在集合中的元素是无序的且不能重复的。下图演示了集的用途：

集操作

除了上面我们提到的集合类型，还有其他几个要掌握的集合类型，它们是在实际应用中发展出来的对以上基础类型的扩展：SortedList<T>，SortedDictionary<TKey, TValue>，SortedSet<T>。它们所扩展的对应类为List<T>，Dictionary<TKey,TValue>，HashSet<T>，作用是将原本无序排列的元素，变为有序排列。

除了排序上的需求增加了上面3个集合类，在命名空间System.Collections.Concurrent下，还涉及几个多线程集合类。它们主要是：ConcurrentBag<T>对应List<T>，ConcurrentDictionary<TKey, TValue>对应Dictionary<TKey, TValue>，ConcurrentQueue<T>对应Queue<T>，ConcurrentStack<T>对应Stack<T>。如果我们的集合被用于多线程应用中，可以使用这几个集合类型。关于集合的线程安全性，可以进一步查看MSDN。

本建议到此为止已经介绍了FCL中的大部分泛型集合类，为了对它们有更好的了解，最后我们给出一个主要集合类的类图。实际工作中，应该根据需要选择合适的集合类。

FCL集合类图

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总结

1.如果需要非常快地添加、删除和查找项目，而且不关心集合中项目的顺序，那么首先应该考虑使用 System.Collections.Generic.Dictionary<TKey, TValue>（或者您正在使用 .NET Framework 1.x，可以考虑 Hashtable）。三个基本操作（添加、删除和包含）都可快速操作，即使集合包含上百万的项目。

         2.如果您的使用模式很少需要删除和大量添加，而重要的是保持集合的顺序，那么您仍然可以选择 List<T>。虽然查找速度可能比较慢（因为在搜索目标项目时需要遍历基础数组），但可以保证集合会保持特定的顺序。

         3.您可以选择 Queue<T> 实现先进先出 (FIFO) 顺序或 Stack<T> 实现后进先出 (LIFO) 顺序。虽然 Queue<T> 和 Stack<T> 都支持枚举集合中的所有项目，但前者只支持在末尾插入和从开头删除，而后者只支持从开头插入和删除。

         4.如果需要在实现快速插入的同时保持顺序，那么使用新的 LinkedList<T> 集合可帮助您提高性能。与 List<T> 不同，LinkedList<T> 是作为动态分配的对象链实现。与 List<T> 相比，在集合中间插入对象只需要更新两个连接和添加新项目。从性能的角度来看，链接列表的缺点是垃圾收集器会增加其活动，因为它必须遍历整个列表以确保没有对象没有被释放。另外，由于每个节点相关的开销以及每个节点在内存中的位置等原因，大的链接列表可能会出现性能问题。虽然将项目插入到 LinkedList<T> 的实际操作比在 List<T> 中插入要快得多，但是找到要插入新值的特定位置仍需遍历列表并找到正确的位置。