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C# 集合（Collection）是用于数据存储和检索的核心数据结构，支持动态内存管理、多种数据组织形式及高效操作。以下是其核心特性和分类：
一、集合的核心作用
1、动态扩展
集合可动态调整容量（如 List），相比固定大小的数组更灵活。
2、多样化数据结构
提供栈（Stack）、队列（Queue）、列表（List）、哈希表（Dictionary<TKey,TValue>）等结构，适应不同场景需求
3、高效操作
通过哈希表、平衡树等结构优化查找、插入和删除操作的性能
二、C# 集合的核心分类
C# 集合主要分为 泛型集合 和 非泛型集合，分别位于 System.Collections.Generic 和 System.Collections 命名空间。
此外，还有 线程安全集合（System.Collections.Concurrent）和 特殊用途集合（如 ObservableCollection）。
核心接口
所有集合类型基于以下接口实现：
| 接口 | 作用 |
|---|---|
| IEnumerable | 支持集合遍历（如 foreach） |
| ICollection | 定义集合大小、同步操作等基础功能 |
| IList/IDictionary | 提供索引或键值对访问（如 List、Dictionary） |
三、常用集合类型详解及对比
1. 动态数组
| 类型 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|
| List | 泛型动态数组，支持索引、动态扩容，高效增删（尾部操作O(1)，中间操作O(n)） | 需频繁修改的强类型数据集合 |
| ArrayList | 非泛型动态数组，存储object，需装箱/拆箱，类型不安全 | 旧代码兼容，非泛型场景 |
示例代码
List<int> numbers = new List<int> { 1, 2, 3 };
numbers.Add(4); // O(1)（若未扩容）
numbers.RemoveAt(0); // O(n)
2. 键值对集合
| 类型 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|
| Dictionary<TKey,TValue> | 泛型哈希表，键唯一，查找/插入/删除接近O(1) | 高频键值查询（如缓存） |
| Hashtable | 非泛型哈希表，键值均为object，性能较低 | 旧代码兼容 |
| SortedDictionary<TKey,TValue> | 基于红黑树实现，按键排序，插入/删除O(log n) | 需要有序键值对的场景 |
示例代码
Dictionary<string, int> scores = new Dictionary<string, int>();
scores.Add("Alice", 90); // O(1)
int aliceScore = scores["Alice"]; // O(1)
3. 队列与栈
| 类型 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|
| Queue | 先进先出（FIFO），入队/出队均为O(1) | 任务调度、消息缓冲 |
| Stack | 后进先出（LIFO），入栈/出栈均为O(1) | 撤销操作、递归模拟 |
示例代码
Queue<string> tasks = new Queue<string>();
tasks.Enqueue("Task1"); // O(1)
string nextTask = tasks.Dequeue(); // O(1)
4. 链表
| 类型 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|
| LinkedList | 双向链表，插入/删除任意位置O(1)（需先找到节点），内存占用较高 | 高频插入删除，无需索引访问 |
示例代码
LinkedList<int> linkedList = new LinkedList<int>();
linkedList.AddLast(10); // O(1)
linkedList.AddFirst(5); // O(1)
5. 其他特殊集合
| 类型 | 特点 |
|---|---|
| HashSet | 无序、唯一元素集合，基于哈希表，查找/插入O(1) |
| SortedSet | 有序唯一元素集合，基于红黑树，插入/删除O(log n) |
| ObservableCollection | 数据变化时触发通知（如WPF绑定） |
四、集合选择的核心原则
1、数据类型安全
- 优先使用泛型集合（如 List 而非 ArrayList），避免装箱拆箱和运行时错误。
2、访问方式
- 按索引访问：List 或数组。
- 按键访问：Dictionary<TKey,TValue>。
3、性能需求
- 高频插入/删除：LinkedList（中间操作）或 List（尾部操作）。
- 快速查找：哈希表（Dictionary）。
4、线程安全
- 多线程场景使用 ConcurrentQueue、ConcurrentDictionary 等并发集合。
5、内存效率
- 数据量固定时优先用数组，动态调整时用集合。
五、关键区别总结
| 集合类型 | 内部结构 | 时间复杂度（平均） | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| List | 动态数组 | 索引访问O(1)，中间增删O(n) | 通用动态数据存储 |
| Dictionary<TKey,TValue> | 哈希表 | 查找/插入/删除接近O(1) | 高频键值查询 |
| LinkedList | 双向链表 | 插入/删除O(1) | （需先查找节点） |
| HashSet | 哈希表 | 查找/插入/删除O(1) | 去重、集合运算（交/并集） |
| SortedSet | 红黑树 | 插入/删除O(log n) | 需要有序唯一元素的场景 |
六、最佳实践
- 初始化容量：预估数据量，避免频繁扩容（如 new List(1000)）。
- 避免频繁修改：对 List 中间元素的大量增删可改用 LinkedList。
- 线程安全：非并发集合在多线程中需手动加锁，或直接使用 Concurrent 集合。
- 通过合理选择集合类型，可以在代码可读性、性能和内存效率之间达到最佳平衡。