C#集合之字典的用法
作者：Ruby_Lu
字典表示一种复杂的数据结构，这种数据结构允许按照某个键来访问元素。字典也称为映射或散列表。
字典的主要特性是能根据键快速查找值。也可以自由添加和删除元素，这有点像List<T>（https://www.jb51.net/article/244084.htm），但没有在内存中移动后续元素的性能开销。
下图是一个简化表示，键会转换位一个散列。利用散列创建一个数字，它将索引和值关联起来。然后索引包含一个到值的链接。一个索引项可以关联多个值，索引可以存储为一个树型结构。
.NET Framework提供了几个字典类。最主要的类是Dictionary<TKey,TValue>。
1.键的类型
用作字典中的键的类型必须重写Object类的GetHashCode()方法。只要字典类需要确定元素的位置，它就要调用GetHashCode()方法。GetHashCode()方法返回的int有字典用于计算在对应位置放置元素的索引。后面介绍这个算法，现在只需要知道它涉及素数，所以字典的容量是一个素数。
GetHashCode()方法的实现代码必须满足的要求：
- *相同的对象应总是返回相同的值
- *不同的对象可以返回相同的值
- *它应执行的比较快，计算的开销不大
- *它不能抛出异常
- *它应至少使用一个实例字段
- *散列代码值应平均分布在int可以存储的这个数字范围上
- *散列代码最好在对象的生存期中不发生变化
字典的性能取决于GetHashCode()方法的实现代码。
散列代码值应平均分布在int可以存储的这个数字范围上的原因：
如果两个键返回的散列代码值会得到相同的索引，字典类就必须寻找最近的可用空闲位置来存储第二个数据项，这需要进行一定的搜索，以便以后检索这一项。显然这会降低性能，如果在排序的时候许多键都有相同的索引这中冲突会更可能出现。根据Microsoft的算法工作方式，当计算出来的散列代码值平均分布在int.MinValue和int.MaxValue之间时，这种风险会降到最低。
除了实现GetHashCode()方法之外，键类型还必须实现IEquatable<T>.Equals()方法，或重写Object.Equals()方法。0因为不同的键对象可能返回相同的散列代码，所以字典使用Equals()方法来比较键。字典检查两个键A和B是否相等，并调用A.Equals(B)方法。这表示必须确保下述条件总是成立：
如果A.Equals(B)返回true，则A.GetHashCode()和B.GetHashCode()总是返回相同的散列代码。
这听起来有点奇怪，但它很重要。如果上述条件不成立，这个字典还能工作，但会出现，把一个对象放在字典中后，就再也检索不到它，或者返回了错误的项。
所以，如果为Equals()方法提供了重写版本，但没提供GetHashCode()方法的重写版本，C#编译器会显示一个警告。
对于System.Object，这个条件为true，因为Equals()方法只是比较引用，GetHashCode()方法实际上返回一个仅基于对象地址的散列代码。这说明，如果散列表基于一个键，而该键没有重写这些方法，这个散列表可以工作，但只有对象完全相同，键才被认为是相等的。也就是说，把一个对象放在字典中时，必须将它与该键的引用关联起来。也不能以后用相同的值实例化另一个键对象。如果没有重写Equals()方法和GetHashCode()方法，在字典中使用类型时就不太方便。
System.String实现了IEquatable接口，并重载了GetHashCode()方法。Equals()方法提供了值的比较，GetHashCode()方法根据字符串的值返回一个散列代码。因此，在字典中把字符串用在键很方便。
数字类型（如Int32）也实现了IEquatable接口，并重载了GetHashCode()方法。但是这些类型返回的散列代码只能映射到值上。如果希望用作键的数字本身没有分布在可能的整数值范围内，把整数用作键就不能满足键值的平均分布规则，于是不能获得最佳的性能。Int32并不适合在字典中使用。
如果需要使用的键类型没有实现IEquatable接口，并根据存储在字典中的键值重载GetHashCode()方法，就可以创建一个实现IEqualityComparer<T>接口的比较器。IEqualityComparer<T>接口定义了GetHashCode()方法和Equals()方法，并将传递的对象作为参数，这样可以提供与对象类型不同的实现方式。
2.演示字典
创建一个员工ID（EmployeeId）结构，用作字典的键。存储在字典中的数据是Employee类型的对象。
该结构的成员是表示员工的一个前缀字符和一个数字。这两个变量都是只读的，只能在构造函数中初始化。字典中的键不应改变，这是必须保证的。
public struct EmployeeId : IEquatable<EmployeeId>
{
private readonly char prefix;
private readonly int number;
public EmployeeId(string id)
{
Contract.Requires<ArgumentNullException>(id != null);
prefix = (id.ToUpper())[0];
int numLength = id.Length - 1;
try
{
number = int.Parse(id.Substring(1, numLength > 6 ? 6 : numLength));
}
catch (FormatException)
{
throw new Exception("Invalid EmployeeId format");
}
}
public override string ToString()
{
return prefix.ToString() + string.Format("{0,6:000000}", number);
}
//由于没有填满整数取值范围，GetHashCode方法将数字向左移动16位，再与原来的数字进行异或操作，
//最后将结果乘以16进制数0x15051505。这样，散列代码在整数取值区域上的分布就很均匀。
public override int GetHashCode()
{
return (number ^ number << 16) * 0x15051505;
}
public bool Equals(EmployeeId other)
{
if (other == null) return false;
return (prefix == other.prefix && number == other.number);
}
//比较两个EmployeeId对象的值
public override bool Equals(object obj)
{
return Equals((EmployeeId)obj);
}
public static bool operator ==(EmployeeId left, EmployeeId right)
{
return left.Equals(right);
}
public static bool operator !=(EmployeeId left, EmployeeId right)
{
return !(left == right);
}
}
public class Employee
{
private string name;
private decimal salary;
private readonly EmployeeId id;
public Employee(EmployeeId id, string name, decimal salary)
{
this.id = id;
this.name = name;
this.salary = salary;
}
public override string ToString()
{
return String.Format("{0}: {1, -20} {2:C}",
id.ToString(), name, salary);
}
}客户端代码：
static void Main()
{
//构造函数指定了31个元素的容量。容量一般是素数。
//如果指定了一个不是素数的值，Dictionary<TKey,TValue>类会使用指定的整数后面紧接着的一个素数
var employees = new Dictionary<EmployeeId, Employee>(31);
var idTony = new EmployeeId("C3755");
var tony = new Employee(idTony, "Tony Stewart", 379025.00m);
employees.Add(idTony, tony);
Console.WriteLine(tony);
var idCarl = new EmployeeId("F3547");
var carl = new Employee(idCarl, "Carl Edwards", 403466.00m);
employees.Add(idCarl, carl);
Console.WriteLine(carl);
var idKevin = new EmployeeId("C3386");
var kevin = new Employee(idKevin, "Kevin Harwick", 415261.00m);
employees.Add(idKevin, kevin);
Console.WriteLine(kevin);
var idMatt = new EmployeeId("F3323");
var matt = new Employee(idMatt, "Matt Kenseth", 1589390.00m);
employees[idMatt] = matt;
Console.WriteLine(matt);
var idBrad = new EmployeeId("D3234");
var brad = new Employee(idBrad, "Brad Keselowski", 322295.00m);
employees[idBrad] = brad;
Console.WriteLine(brad);
}3.Lookup类
Dictionary<TKey,TValue>类支持每个键关联一个值。Lookup<TKey,TElement>类把键映射到一个值集上。这个类在程序集System.Core中实现，用System.Linq定义。
Lookup<TKey,TElement>类不能像一般的字典那样创建，必须调用ToLookup()方法，该方法返回一个Lookup<TKey,TElement>对象。ToLookup()方法是一个扩展方法，它可以用于实现了IEnumerable<T>接口的所有类。
ToLookup()方法需要一个Func<TSource,Tkey>,Func<TSource,Tkey>定义了选择器。
static void Main()
{
var racers = new List<Racer>();
racers.Add(new Racer(26, "Jacques", "Villeneuve", "Canada", 11));
racers.Add(new Racer(18, "Alan", "Jones", "Australia", 12));
racers.Add(new Racer(11, "Jackie", "Stewart", "United Kingdom", 27));
racers.Add(new Racer(15, "James", "Hunt", "United Kingdom", 10));
racers.Add(new Racer(5, "Jack", "Brabham", "Australia", 14));
//国家相同的对象关联到一个键
var lookupRacers = racers.ToLookup(r => r.Country);
foreach (Racer r in lookupRacers["Australia"])
{
Console.WriteLine(r);
}
}输出：
Alan Jones Jack Brabham
4.有序字典
SortedDictionary<TKey,TValue>类是一个二叉搜索树，其中的元素根据键来排序。该键类型必须实现IComparable<TKey>接口。
如果键的类型不能排序，还可以创建一个实现了IComparer<TKey>接口的比较器，将比较器用作有序字典的构造函数的一个参数。
SortedDictionary<TKey,TValue>和有序列表SortedList<TKey,TValue>(https://www.jb51.net/article/244111.htm)的区别：
- *SortedList<TKey,TValue>类使用的内存比SortedDictionary<TKey,TValue>少。
- *SortedDictionary<TKey,TValue>元素的插入和删除操作比较快。
- *在用已排序好的数据填充集合时，若不需要改变容量，ortedList<TKey,TValue>比较快。
到此这篇关于C#集合之字典的文章就介绍到这了。希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持脚本之家。