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了解一下C#的SortedSet

news 来源：原创 2025/5/29 11:52:16

基础概念

SortedSet 是 C# 中的一个集合类型，位于 System.Collections.Generic 命名空间下。它是一个自动排序的集合，用于存储不重复的元素，并且会根据元素的自然顺序（默认排序）或自定义比较器进行排序，内部使用红黑树数据结构来维护元素的有序性。

自动排序：每次添加或删除元素时，SortedSet 都会自动调整以保持元素的排序状态。
不重复元素：SortedSet 不允许重复的元素。如果尝试添加一个已经存在的元素，该操作会被忽略。
高效性：SortedSet 内部使用红黑树（一种自平衡二叉搜索树）实现，因此查找、插入和删除操作的时间复杂度为 O(log n)。

主要特性

自动保持元素排序：元素会根据其自然顺序（需实现 IComparable<T> 接口）或自定义比较器（IComparer<T>）排序。
不包含重复元素：尝试添加已有元素时，Add 方法返回 false，集合保持不变。
支持集合操作：提供并集、交集、差集等操作。
支持子集视图：可以通过方法获取某个范围内的元素。
快速访问边界值：提供 Min 和 Max 属性，快速获取最小和最大元素。

创建和初始化

基本创建方式

使用默认比较器（升序）

// 使用默认比较器（升序）
SortedSet<int> numbers = new SortedSet<int>();

使用自定义比较器

// 使用自定义比较器
SortedSet<string> names = new SortedSet<string>(StringComparer.OrdinalIgnoreCase);

从现有集合创建

// 从现有集合创建
int[] array = { 5, 2, 8, 1, 9 };
SortedSet<int> sortedNumbers = new SortedSet<int>(array);
// 结果：{1, 2, 5, 8, 9}

使用集合初始化器

// 使用集合初始化器
SortedSet<string> fruits = new SortedSet<string> { "Apple", "Banana", "Cherry" };

自定义比较器

降序排列

// 降序排列
SortedSet<int> descendingNumbers = new SortedSet<int>(Comparer<int>.Create((x, y) => y.CompareTo(x)));

自定义对象排序

// 自定义对象排序
public class Person : IComparable<Person>
{public string Name { get; set; }public int Age { get; set; }public int CompareTo(Person other){if (other == null) return 1;return this.Age.CompareTo(other.Age); // 按年龄排序}
}SortedSet<Person> people = new SortedSet<Person>();

使用自定义比较器

// 或使用自定义比较器
SortedSet<Person> peopleByName = new SortedSet<Person>(Comparer<Person>.Create((p1, p2) => string.Compare(p1.Name, p2.Name))
);

基本操作

添加和删除元素

SortedSet<int> numbers = new SortedSet<int>();

添加元素

// 添加元素
bool added1 = numbers.Add(5);    // true，成功添加
bool added2 = numbers.Add(3);    // true，成功添加
bool added3 = numbers.Add(5);    // false，元素已存在Console.WriteLine(string.Join(", ", numbers)); // 输出：3, 5

删除元素

// 删除元素
bool removed = numbers.Remove(3); // true，成功删除
numbers.Remove(10);

清空集合
- ```
// 清空集合
numbers.Clear();
```

查询操作

SortedSet<int> numbers = new SortedSet<int> { 1, 3, 5, 7, 9 };

检查元素是否存在

// 检查元素是否存在
bool contains = numbers.Contains(5); // true

获取元素数量

// 获取元素数量
int count = numbers.Count; // 5

检查是否为空

// 检查是否为空
bool isEmpty = numbers.Count == 0; // false

获取最小值和最大值

// 获取最小值和最大值
int min = numbers.Min; // 1
int max = numbers.Max; // 9

范围查询

使用 GetViewBetween 方法获取指定范围内的元素子集

SortedSet<int> numbers = new SortedSet<int> { 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 };// 获取视图（不创建新集合）
SortedSet<int> subset1 = numbers.GetViewBetween(3, 9);
// 结果：{3, 5, 7, 9}SortedSet<int> subset2 = numbers.GetViewBetween(4, 10);
// 结果：{5, 7, 9}// 视图会反映原集合的变化
numbers.Add(6);
Console.WriteLine(string.Join(", ", subset2)); // 输出：5, 6, 7, 9

集合运算

并集、交集、差集

SortedSet<int> set1 = new SortedSet<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };
SortedSet<int> set2 = new SortedSet<int> { 4, 5, 6, 7, 8 };

并集：UnionWith 将另一个集合的元素合并到 SortedSet 中。

// 并集（修改 set1）
set1.UnionWith(set2);
Console.WriteLine(string.Join(", ", set1)); // 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

交集：IntersectWith 保留与另一个集合的交集。

// 重新初始化
set1 = new SortedSet<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };// 交集（修改 set1）
set1.IntersectWith(set2);
Console.WriteLine(string.Join(", ", set1)); // 4, 5

差集：ExceptWith 删除与另一个集合相交的元素。

// 重新初始化
set1 = new SortedSet<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };// 差集（set1 中有但 set2 中没有的元素）
set1.ExceptWith(set2);
Console.WriteLine(string.Join(", ", set1)); // 1, 2, 3

对称差集：SymmetricExceptWith 两个集合中不共同拥有的元素

// 对称差集（两个集合中不共同拥有的元素）
set1 = new SortedSet<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };
set1.SymmetricExceptWith(set2);
Console.WriteLine(string.Join(", ", set1)); // 1, 2, 3, 6, 7, 8

集合关系判断

SortedSet<int> set1 = new SortedSet<int> { 1, 2, 3 };
SortedSet<int> set2 = new SortedSet<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };
SortedSet<int> set3 = new SortedSet<int> { 2, 3 };
SortedSet<int> set4 = new SortedSet<int> { 6, 7 };

子集判断

// 子集判断bool isSubset = set1.IsSubsetOf(set2);        // true
bool isProperSubset = set1.IsProperSubsetOf(set2); // true
bool isSuperset = set2.IsSupersetOf(set1);    // true
bool isProperSuperset = set2.IsProperSupersetOf(set1); // true

重叠判断

// 重叠判断
bool overlaps = set1.Overlaps(set3);          // true（有共同元素2,3）
bool overlaps2 = set1.Overlaps(set4);         // false（无共同元素）

相等判断

// 相等判断
bool areEqual = set1.SetEquals(set3);         // false

遍历和枚举

基本遍历

SortedSet<string> fruits = new SortedSet<string> { "Banana", "Apple", "Cherry" };

foreach 遍历（按排序顺序）

// foreach 遍历（按排序顺序）
foreach (string fruit in fruits)
{Console.WriteLine(fruit); // Apple, Banana, Cherry
}

使用枚举器

// 使用枚举器
using (var enumerator = fruits.GetEnumerator())
{while (enumerator.MoveNext()){Console.WriteLine(enumerator.Current);}
}

反向遍历

SortedSet<int> numbers = new SortedSet<int> { 1, 3, 5, 7, 9 };// 反向遍历
foreach (int number in numbers.Reverse())
{Console.WriteLine(number); // 9, 7, 5, 3, 1
}

SortedSet 的优点和适用场景

优点

自动保持元素排序，无需手动干预。
确保元素唯一性，避免重复。
高效的操作性能（O(log n)）。
支持集合操作和子集视图。

适用场景

需要有序且不重复的元素集合，例如排行榜、时间线。
实现优先级队列（尽管 C# 有 PriorityQueue<T>）。
执行集合操作，如并集、交集等。

SortedSet 与其他集合类型的区别

与 HashSet<T> 的区别：
- HashSet<T> 不保持顺序，查找时间为 O(1)。
- SortedSet<T> 保持顺序，查找时间为 O(log n)。
与 List<T> 的区别：
- List<T> 允许重复元素，不自动排序。
- SortedSet<T> 不允许重复，自动排序。
与 SortedList<TKey, TValue> 的区别：
- SortedList<TKey, TValue> 是键值对集合，键排序。
- SortedSet<T> 是元素集合，元素本身排序。