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【C#知识点详解】Dictionary＜TKey,TValue＞储存结构详解

news 来源：原创 2025/6/9 20:04:49

今天来介绍一下 Dictionary 内部数据的存储方式，话不多说直接开始。

内部数据

Dictionary 采用 哈希表 的方式实现，其核心组成部分如下：

// 实际内部实现（简化版）
private int[] _buckets;    // 桶数组，存储条目索引
private Entry[] _entries;  // 条目数组，存储键值对
private int _freeList;     // 空闲链表头指针

private struct Entry {
    public uint hashCode;   // 31位哈希码（取绝对值）
    public int next;       // 同一桶中的下一个条目索引
    public TKey key;       // 键
    public TValue value;   // 值
}

Entry 是Dictionary内部的一个数据结构，其中包含了四个成员变量，分别是：

uint hashCode：哈希码，哈希码由key生成，用于比对查找数据。
int next：_entries的索引值，指向下一个Entry。
TKey key：存储key数据。
TValue value：存储value数据。

int[] _buckets 是一个 int 型的索引数组，内部存储的是 _entries 的索引值。

Entry[] _entries 是一个 Entry 型的数组对象，是实际存储数据的地方。

_freeList 是一个 int 整数，存储的是 _entries 索引，索引指向的是空闲Entry链表，第一个空闲Entry的索引。

数据讲解

Dictionary 由 _buckets、_entries、_freeList三个重要部分组成。

_buckets 是一个 int 数组，内部存储的是 _entries 的索引值，Dictionary 通过 key 的哈希码计算获得 _entries 的索引值，从而获取 Entry 对象。

_entries 是一个 Entry 类型的数组，Entry 内除了保存了相关的对象数据，还通过next变量，维护了一条数据链。通过next可以快速的查找到对象数据。

_freeList 是一个整数变量，其保存的是 _entries 数组中空闲 Entry 对象的索引。所有空闲的Entry对象也是通过next变量进行链接起来的。

下面通过一段 Dictionary 添加数据的示例代码，来讲解一下_buckets、_entries、_freeList是如何协作的，示例代码如下：

// 获取key的哈希码
uint hashCode = key.GetHashCode()
// 计算获取_buckets索引
int bucketIndex = hashCode % _buckets.Length
// 获取bucket值
ref int bucket = _buckets[bucketIndex]
// 获取空闲的Entry对象，并设置数据
Entry entry = _entries[_freeList]
entry.hashCode = hashCode;
entry.next = bucket - 1; // Value in _buckets is 1-based
entry.key = key;
entry.value = value;
// 更新_buckets中的值，并指向对应Entry对象
bucket = _freeList
// 更新_freeList
_freeList = StartOfFreeList - entries[_freeList].next;

第一步，先用 key 哈希计算后获得 hashCode。
第二步，用 hashCode 取余 _buckets.Length 获得 bucketIndex。这里取余 _buckets.Length 是为了将 hashCode 映射到 _buckets 数组内。
第三步，通过 _buckets[bucketIndex] 获得 bucket 值，通过bucket 值获取 _entries 数组中的Entry 对象。
最后则是更新 bucket 值和 _freeList 值。

下面给出示例数据来讲解一下。

// 假设 hashCode1 值获取为 123
uint  hashCode1 = key1.GetHashCode()
// bucketIndex1 值为 0
int bucketIndex1 = hashCode % _buckets.Length

// 假设 hashCode2 值获取为 456
uint  hashCode2 = key2.GetHashCode()
// bucketIndex2 值为 0
int bucketIndex2 = hashCode % _buckets.Length

_buckets = [4, -1, -1]  // 长度为3的桶数组
_entries = [
    [hashCode=456, next=-1, key="a",  value=1],  	// 0 - 使用中
    [hashCode=-1,  next=3,  key=null, value=null],  // 1 - 已删除
    [hashCode=-1,  next=1,  key=null, value=null],  // 2 - 已删除(当前_freeList)
    [hashCode=-1,  next=-1, key=null, value=null],  // 3 - 已删除
    [hashCode=123, next=0,  key="b",  value=2]   	// 4 - 使用中
]
_freeList = 2

假设通过 key1 获取到的 hashCode 为123，通过取余获取到bucketIndex为0，由_buckets[0]可以获取到_entries[4]中的Entry对象，通过比对hashCode 查找的对象为_entries[4]。

同样，key2获取到hashCode为456，同样取余获取到bucketIndex为0，由_buckets[0]获取到_entries[4]中的对象，由于hashCode不同，则需要继续通过next查找下一个Entry对象，通过查找_entries[0]对象，比对hashCode，key2查找的对象为_entries[0]。

查找空闲中的Entry对象则需要用到_freeList，此时_freeList=2，获取空闲Entry对象时会先获取_entries[2]对象，通过next变量获取下一个对象，当next为-1时则为结尾。

【C#知识点详解】Dictionary＜TKey,TValue＞储存结构详解

内部数据

数据讲解

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