C#（99）：集合、比较和转换

一、集合

C#中的数组是作为System.Array类的实例来执行的，它们是集合类中的一种。
集合类一般用于处理对象列表，其功能是通过执行System.Collection中的接口实现的。

集合的功能可以通过接口来实现，该接口可以使用基本基本集合类，也可以创建自定义的集合类。

System.Collections 命名空间有很多接口提供了基本的集合功能：

• IEnumerable：公开枚举数，该枚举数支持在非泛型集合上进行简单迭代
• ICollection：定义所有非泛型集合的大小、枚举数和同步方法
• IList：表示可按照索引单独访问的对象的非泛型集合
• IDictionary：表示键/值对的非通用集合

System.Array类继承了IList，ICollection和IEnumerable。但不支持IList的一些高级功能，而且是一个大小固定的项目列表。

1、使用集合

Systems.Collections中的一个类System.Collections.ArrayList，也执行IList，ICollection和IEnumerable接口，但与数组不同，它是大小可变的
使用System.Array类的集合（数组），必须用固定的大小来初始化数组
例如：

Animal[] animalArray = new Animal[2];

使用System.ArrayList类的集合，不需要初始化其大小
例如：

ArrayList animalArrayList = new ArrayList();

这个类还有两个构造函数：
1 把现有集合作为参数复制到新实例中
2 用一个int参数设置集合的容量，不过实际内容超过容量时会自动增加
初始化数组，需要给这个项目赋予初始化了的对象
例如：

Cow myCow1 = new Cow("Deirdre");
 animalArray[0] = myCow1;
animalArray[1] = new Chicken("Ken");

可以用这两种方式初始化数组

对于ArrayList集合，需要用Add()方法添加新项目
例如：

Cow myCow2 = new Cow("Hayley");
animalArrayList.Add(myCow2);
 animalArrayList.Add(new Chicken("Roy"));

在添加万项目之后，就可以用与数组相同的语法重写他们
例如：

animalArrayList[1] = new Chicken("Roy2")

Array数组和ArrayList集合都支持foreach结构来迭代
例如：

foreach (Animal myAnimal in animalArray)
 {
 }

foreach (Animal myAnimal in animalArrayList)
 {
 }

Array数组使用Length属性获取项目的个数
例如：

int animalCount = animalArray.Length;

ArrayList集合使用Count属性获取项目的个数

int animalCount2 = animalArrayList.Count;

Array数组是强类型化的，可以直接使用数组的类型来存储项目
即可以直接访问项目的属性和方法
例如：
对于类型是Animal的数组，Feed()是类Animal的方法

animalArray[0].Feed();

但对于类Animal派生类的方法，就不能直接调用，需要强制转换

((Chicken)animalArray[1]).LayEgg();

ArrayList集合是System.Object对象的集合，通过多态性赋給Animal对象
必须进行数据类型转换
例如：

((Animal)animalArrayList[0]).Feed();
((Chicken)animalArrayList[1]).LayEgg();

使用Remove()和RemoveAt()方法删除项目
Remove  从 ArrayList 中移除特定对象的第一个匹配项（参数为特定对象）
RemoveAt 移除 ArrayList 的指定索引处的元素（参数为索引值）
删除项目后，会使其他项目在数组中移动一个位置

使用AddRange()和InsertRange()方法可以一次添加多个项目
AddRange 将 ICollection 的元素添加到 ArrayList 的末尾
InsertRange 将集合中的某个元素插入 ArrayList 的指定索引处。
例如：

animalArrayList.AddRange(animalArray);

使用IndexOf()方法获取指定项目的索引值
IndexOf 返回 ArrayList 或它的一部分中某个值的第一个匹配项的从零开始的索引。 
可以通过索引值直接访问选项
例如：

int iIndex =  animalArrayList.IndexOf(myCow1);
((Animal)animalArrayList[iIndex]).Feed();

2、自定义集合

可以从一个类派生自定义的集合
推荐使用System.Collections.CollectionBase类。CollectionBase类有接口IEnumerable，ICollection，和IList

List属性可以通过Ilist接口访问项目，InnerList属性用于存储项目的ArrayList对象

例如：

public class Animals : CollectionBase
 {
     public void Add(Animal newAnimal)
     {
         List.Add(newAnimal);
     }

    public void Remove(Animal oldAnimal)
     {
         List.Remove(oldAnimal);
     }

    public Animals()
     {
     }
 }

这个类用于生成Animal类型的集合，可以用foreach访问其成员：

Animals animalCollection = new Animals();
 animalCollection.Add(new Cow("Sarah"));
 foreach (Animal myAnimal in animalCollection)
 {
 }

如果要以索引的方式访问项目，就需要使用索引符

3、索引符

索引符是一种特殊类型的属性，可以把它添加到类中，提供类似数组的访问。
最常见的一个用法是对项目执行一个数字索引

例如：
在Animals集合中添加一个索引符

public class Animals : CollectionBase
{
     ...
     public Animal this[int animalIndex]
     {
         get
         {
             return (Animal)List[animalIndex];
         }
         set
         {
             List[animalIndex] = value;
         }
     }
 }

this关键字与方括号一起，方括号中是索引参数
对List使用一个索引符，而且显示声明了类型，因为IList接口返回的是System.Object对象
现在可以用索引的方式访问项目：

animalCollection[0].Feed();

4、关键字值集合和IDictionary

集合还可以执行类似的IDictionary接口，通过关键字值进行索引
使用基类DictionaryBase，它也执行IEnumerable和ICollection接口，提供了对任何集合都相同的集合处理功能

例如：

public class Animals : DictionaryBase
 {
     public void Add(string newID, Animal newAnimal)
     {
         Dictionary.Add(newID, newAnimal);
     }

    public void Remove(string animalID)
     {
         Dictionary.Remove(animalID);
     }

    public Animals()
     {
     }

    public Animal this[string animalID]
     {
         get
         {
             return (Animal)Dictionary[animalID];
         }
         set
         {
             Dictionary[animalID] = value;
         }
     }
 }

这样添加了Add()方法，Remove()方法和一个通过关键字访问项目的方法
其中Dictionary是包含在DictionaryBase实例中的元素的列表

DictionaryBase集合和CollectionBase集合在foreach的工作方式不同，
DictionaryBase提供的是DictionaryEntry结构，需要通过Value成员获取对象本身
例如：
CollectionBase集合：

foreach (Animal myAnimal in animalCollection)
{
    myAnimal.Feed();
 }

DictionaryBase集合：

foreach (DictionaryEntry myEntry in animalCollection)
{
    ((Animal)myEntry.Value).Feed();
 }

5、迭代器

通过IEnumerable接口，可以使用foreach循环获取对象
foreach循环，迭代collectionObject的过程：
1 调用Collection的GetEnumerator()方法返回一个IEnumerator引用
   该方法也可以通过IEnumerable接口的实现代码获得
2 调用IEnumerator接口的MoveNext()方法，将枚举数推进到集合的下一个元素
3 如果MoveNext()方法返回true，使用IEnumerator接口的Current属性获取对象的引用，用于foreach循环
4 重复前两个步骤，直至MoveNext()返回false时，循环停止

迭代器是一个按顺序提供要在foreach循环中使用的所有值的代码块
一般这个代码块是一个方法，也可以使用属性访问器和其他代码块作为迭代器
代码块的返回值可能是IEnumerable或IEnumerator接口类型：
1 如果要迭代一个类，可使用方法IEnumerator()，其返回类型是IEnumerator
2 如果要迭代一个类成员，则使用IEnumerable

在迭代器块中，使用yield关键字选择要在foreach循环中使用的值
语法：

yield return value;

例如：

public static IEnumerable SimpleList()
 {
     yield return "string 1";
     yield return "string 2";
     yield return "string 3";
 }

public static void Main(string[] args)
 {
     foreach (string item in SimpleList())
         Console.WriteLine(item);

    Console.ReadKey();
 }

这里SimpleList就是迭代器块，是一个方法，使用IEnumerable返回类型
可以从yield语句中返回任意类型

可以中断信息返回foreach循环过程
语法：yield break;

6、迭代器和集合

迭代器可以用于迭代储存在目录类型的集合中的对象
例如：

public new IEnumerator GetEnumerator()
{
    foreach (object animal in Dictionary.Values)
         yield return (Animal)animal;
 }

迭代集合中的对象：

foreach (Animal myAnimal in animalCollection)
 {
 }

7、深度复制

使用System.Object.MemberwiseClone()方法可以进行阴影复制
对于值类型成员，没什么问题
但对于引用类型成员，新对象和源对象的成员将指向同一个引用对象
例如：

public class Content
 {
    public int Val;
 }
    
 public class Cloner
 {
    public Content MyContent = new Content();
    
    public Cloner(int newVal)
    {
       MyContent.Val = newVal;
    }

   public object GetCopy()
    {
       return MemberwiseClone();
    }
 }

执行：

Cloner mySource = new Cloner(5);
Cloner myTarget = (Cloner)mySource.GetCopy();
 int iVal1 = myTarget.MyContent.Val;
 mySource.MyContent.Val = 2;
 int iVal2 = myTarget.MyContent.Val;

结果：
iVal1是5，iVal2是2

但有时候需要的是分别引用各自的对象，使用深度复制就可以解决
标准方式是添加一个ICloneable接口，该接口有一个Clone()方法
该方法不带参数，返回一个对象类型
例如：

public class Content
 {
    public int Val;
 }
    
 public class Cloner : ICloneable
 {
    public Content MyContent = new Content();
    public int iVal = 0;
    
    public Cloner(int newVal)
    {
       MyContent.Val = newVal;
    }
    
    public object Clone()
    {
       Cloner clonedCloner = new Cloner(MyContent.Val);
       clonedCloner.iVal = iVal;
       return clonedCloner;
    }
 }

通过Cloner对象的Val字段创建一个相同的Cloner对象
如果有值成员需要复制，那必须给新对象添加上这个成员
这样就能复制一个与源对象相同而互相独立的新对象

用GetCopy换成Clone，执行相同的程序，结果：
iVal1是5，iVal2是5

二、比较

1、类型比较

比较对象时，需要先知道对象的类型，可以使用GetType()方法
配合typeof()运算符一起使用，就可以确定对象的类型

if (myObj.GetType() == typeof(MyComplexClass))
 {
    // myObj is an instance of the class MyComplexClass.
 }

2、封箱和拆箱

处理值类型时后台的操作：
封箱（boxing）是把值类型转换为System.Object类型或由值类型实现的接口类型
拆箱（unboxing）是相反的过程
例如：
结构类型：

struct MyStruct
{
     public int Val;
 }

把类型结构放在object类型变量中封箱：

MyStruct valType1 = new MyStruct();
valType1.Val = 5;
 object refType = valType1;

这里创建了一个MyStruct类型的valType1，给成员赋值后封箱到对象refType中
这种方式的封装，将包含值类型的一个副本的引用，而不是源值的引用
验证：

valType1.Val = 6;
MyStruct valType2 = (MyStruct)refType;

结果valType2.Val是5而不是6

如果对个引用类型进行封装，将包含源值的引用
例如：

class MyStruct
{
    public int Val;
 }

执行相同的操作，得到valType2.Val的值是6

可以把值类型封箱到一个接口类型中：

interface IMyInterface
{
}
struct MyStruct : IMyInterface
{
    public int Val;
 }

把结构封箱到IMyInterface类型中：

MyStruct valType1 = new MyStruct();
IMyInterface refType = valType1;

拆箱：

MyStruct ValType2 = (MyStruct)refType;

封箱是在没有用户干涉的情况下进行的
拆箱一个值需要进行显式转换（封箱是隐式的转换）
访问值类型的内容前，必须进行拆箱

3、is运算符

is运算符可以检查对象是否是给定的类型，或者是否可以转换为给定的类型
语法：

is

1 如果是一个类类型，也是该类型，或继承了该类型，或封箱到该类型中，则返回true
2 如果是一个接口类型，也是该类型，或是实现该接口的类型，则返回true
3 如果是一个值类型，也是该类型，或封箱到该类型中，则返回true

4、值比较

5、运算符重载

要重载运算符，可给类添加运算符类型成员（必须是static）
例如：
重载+运算符：

public class AddClass1
{
    public int val;

    public static AddClass3 operator +(AddClass1 op1, AddClass2 op2)
    {
        AddClass3 returnVal = new AddClass3();
        returnVal.val = op1.val + op2.val;
        return returnVal;
    }
}

public class AddClass2
{
    public int val;
}

public class AddClass3
{
    public int val;
}

运算符重载与标准静态方法声明类似，但它使用关键字operator和运算符本身
使用：

AddClass1 op1 = new AddClass1();
op1.val = 5;
AddClass2 op2 = new AddClass2();
op2.val = 4;
AddClass3 op3 = op1 + op2;

结果op3.val的值是9

注意：如果混合了类型，操作数数序必须与运算符重载参数顺序相同

可以重载的运算符：
一元运算符：+，-，!，~，++，--，true，false
二元运算符：+，-，*，/，%，&，|，^，<<，>>
比较运算符：==，!=，<，>，<=，>=
注意：
如果重载true或false运算符，可以在布尔表达式中使用类，例如if (op1) {}

运算符如 < 和 > 必须成对重载，但可以使用其他运算符来减少代码
例如：

class Addclass1
    {
        public int val;

        public static bool operator >=(Addclass1 op1, Addclass2 op2)
        {
            return op1.val >= op2.val;
        }

        public static bool operator <(Addclass1 op1, Addclass2 op2)
        {
            return !(op1>= op2);
        }

        public static bool operator <=(Addclass1 op1, Addclass2 op2)
        {
            return op1.val <= op2.val;
        }

        public static bool operator >(Addclass1 op1, Addclass2 op2)
        {
            return !(op1 <= op2);
        }
}

同时适用于==和!=，常常需要重写Object.Equals()和Object.GetHashCode()

class Addclass1
    {
        public int val;

        public static bool operator ==(Addclass1 op1, Addclass1 op2)
        {
            return (op1.val == op2.val);
        }

        public static bool operator !=(Addclass1 op1, Addclass1 op2)
        {
            return !(op1== op2);
        }

        public override bool Equals(object obj)
        {
            return val == ((Addclass1)obj).val;
        }

        public override int GetHashCode()
        {
            return val;
        }
}

6、IComparable和IComparer接口

IComparable和IComparer接口是比较对象的标准方式
区别：
IComparable在要比较的对象的类中实现，可以比较该对象和另一个对象
IComparer在一个单独的类中实现，可以比较任意两个对象

.Net Framework 在类Comparer上提供了IComparer接口的默认实现方式，类Comparer位于System.Collections命名空间中，可以对简单类型以及支持IComparable接口的任意类型进行特定文化的比较

public class SamplesComparer
{
    public static void Main()
    {
        String str1 = "llegar";
        String str2 = "lugar";
        Console.WriteLine("Comparing \"{0}\" and \"{1}\" ", str1, str2);

        // Uses the DefaultInvariant Comparer.
        Console.WriteLine("   Invariant Comparer: {0}", Comparer.DefaultInvariant.Compare(str1, str2));

        // Uses the Comparer based on the culture "es-ES" (Spanish - Spain, international sort).
        Comparer myCompIntl = new Comparer(new CultureInfo("es-ES", false));
        Console.WriteLine("   International Sort: {0}", myCompIntl.Compare(str1, str2))
    }
}

一般使用IComparable给出类的默认比较代码，使用其他类给出非默认的比较代码
IComparable提供一个CompareTo()方法比较两个对象，并返回一个int值
例如：

class Person : IComparable
    {
        public string Name;
        public int Age;

        public Person(string name, int age)
        {
            Name = name;
            Age = age;
        }

        public int CompareTo(object obj)
        {
            if (obj is Person)
            {
                Person otherPerson = obj as Person;
                return this.Age - otherPerson.Age;
            }
            else
            {
                throw new ArgumentException( "Object to compare to is not a Person object.");
            }
        }
    }

主程序代码

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Person person1 = new Person("Jim", 30);
            Person person2 = new Person("Bob", 25);

            if (person1.CompareTo(person2) == 0)
            {
                Console.WriteLine("Same age");
            }
            else if (person1.CompareTo(person2) > 0)
            {
                Console.WriteLine("person 1 is Older");
            }
            else
            {
                Console.WriteLine("person1 is Younger");
            }
        }
    }

IComparer提供一个Compare()方法，接受两个对象返回一个整型结果
例如：

public class PersonComparer : IComparer
    {
        public static IComparer Default = new PersonComparer();

        public int Compare(object x, object y)
        {
            if (x is Person && y is Person)
            {
                return Comparer.Default.Compare(((Person)x).Age, ((Person)y).Age);
            }
            else
            {
                throw new ArgumentException(
                   "One or both objects to compare are not Person objects.");
            }
        }
    }

主程序：

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Person person1 = new Person("Jim", 30);
            Person person2 = new Person("Bob", 25);

            if (PersonComparer.Default.Compare(person1, person2) == 0)
            {
                Console.WriteLine("Same age");
            }
            else if (PersonComparer.Default.Compare(person1, person2) > 0)
            {
                Console.WriteLine("person 1 is Older");
            }
            else
            {
                Console.WriteLine("person1 is Younger");
            }
        }
    }

三、转换

1、重载转换运算符

implicit 关键字用于声明隐式的用户定义类型转换运算符
explicit 关键字用于声明显式的用户定义类型转换运算符

例如：

public class ConvClass1
 {
     public int val;

    public static implicit operator ConvClass2(ConvClass1 op1)
     {
         ConvClass2 returnVal = new ConvClass2();
         returnVal.val = op1.val.ToString();
         return returnVal;
     }
 }

public class ConvClass2
 {
     public string val;

    public static explicit operator ConvClass1(ConvClass2 op1)
     {
         ConvClass1 returnVal = new ConvClass1();
         returnVal.val = Convert.ToInt32(op1.val);
         return returnVal;
     }
 }

使用：

ConvClass1 op1 = new ConvClass1();
 op1.val = 5;
 ConvClass2 op2 = op1;

这里使用了隐式转换，此时op2.val的值是字符"5"

ConvClass2 op1 = new ConvClass2();
op1.val = "6";
ConvClass1 op2 = (ConvClass1)op1;

这里使用了显示转换，此时op2.val的值是数字6

2、as运算符

as运算符可以把一种类型转换为指定的引用类型
语法：

as

只适用于：
1 的类型是类型
2 可以隐式转换为类型
3 可以封箱到类型中
如果不能从转换为，则表达式结果是null

例如：

class ClassA : IMyInterface
{
}
    
 class ClassD : ClassA
 {
 }

ClassA obj1 = new ClassA();
 ClassD obj2 = obj1 as ClassD;

obj2的结果是null

使用一般的类型转换，出错时会抛出一个异常
而as只会把null赋給对象，只要判断对象是否null就知道转换是否成功。