C#规范整理·集合和Linq
LINQ（Language Integrated Query，語言集成查詢）提供了類似于SQL的語法，能對集合進行遍歷、篩選和投影。一旦掌握了LINQ，你就會發(fā)現(xiàn)在開發(fā)中再也離不開它。
??開始!
前言
??C#中的集合表現(xiàn)為數(shù)組和若干集合類。不管是數(shù)組還是集合類，它們都有各自的優(yōu)缺點。如何使用好集合是我們在開發(fā)過程中必須掌握的技巧。不要小看這些技巧，一旦在開發(fā)中使用了錯誤的集合或針對集合的方法，應(yīng)用程序?qū)畴x你的預(yù)想而運行。
正文
1.元素數(shù)量可變的情況下不應(yīng)使用數(shù)組
??在C#中，數(shù)組一旦被創(chuàng)建，長度就不能改變。如果我們需要一個動態(tài)且可變長度的集合，就應(yīng)該使用ArrayList或List＜T＞來創(chuàng)建。而數(shù)組本身，尤其是一維數(shù)組，在遇到要求高效率的算法時，則會專門被優(yōu)化以提升其效率。一維數(shù)組也稱為向量，其性能是最佳的，在IL中使用了專門的指令來處理它們（如newarr、ldelem、ldelema、ldlen和stelem）。
??從內(nèi)存使用的角度來講，數(shù)組在創(chuàng)建時被分配了一段固定長度的內(nèi)存。如果數(shù)組的元素是值類型，則每個元素的長度等于相應(yīng)的值類型的長度；如果數(shù)組的元素是引用類型，則每個元素的長度為該引用類型的IntPtr.Size。數(shù)組的存儲結(jié)構(gòu)一旦被分配，就不能再變化。而ArrayList是數(shù)組結(jié)構(gòu)，可以動態(tài)地增減內(nèi)存空間，如果ArrayList存儲的是值類型，則會為每個元素增加12字節(jié)的空間，其中4字節(jié)用于對象引用，8字節(jié)是元素裝箱時引入的對象頭。List＜T＞是ArrayList的泛型實現(xiàn)，它省去了拆箱和裝箱帶來的開銷。
注意
由于數(shù)組本身在內(nèi)存上的特點，因此在使用數(shù)組的過程中還應(yīng)該注意大對象的問題。所謂“大對象”，是指那些占用內(nèi)存超過85 000字節(jié)的對象，它們被分配在大對象堆里。大對象的分配和回收與小對象相比，都不太一樣，尤其是回收，大對象在回收過程中會帶來效率很低的問題。所以，不能肆意對數(shù)組指定過大的長度，這會讓數(shù)組成為一個大對象。
如果一定要動態(tài)改變數(shù)組的長度，一種方法是將數(shù)組轉(zhuǎn)換為ArrayList或List＜T＞，需要擴容時，內(nèi)部數(shù)組將自動翻倍擴容
還有一種方法是用數(shù)組的復(fù)制功能。數(shù)組繼承自System.Array，抽象類System.Array提供了一些有用的實現(xiàn)方法，其中就包含了Copy方法，它負責(zé)將一個數(shù)組的內(nèi)容復(fù)制到另外一個數(shù)組中。無論是哪種方法，改變數(shù)組長度就相當于重新創(chuàng)建了一個數(shù)組對象。
2.多數(shù)情況下使用foreach進行循環(huán)遍歷
采用foreach最大限度地簡化了代碼。它用于遍歷一個繼承了IEmuerable或IEmuerable＜T＞接口的集合元素。借助于IL代碼可以看到foreach還是本質(zhì)就是利用了迭代器來進行集合遍歷。如下：
List<object>list=new List<object>();using(List<object>.Enumerator CS$5$0000=list.GetEnumerator())
{
while(CS$5$0000.MoveNext())
{
object current=CS$5$0000.Current;
}
}
除了代碼簡潔之外，foreach還有兩個優(yōu)勢
自動將代碼置入try-finally塊
若類型實現(xiàn)了IDispose接口，它會在循環(huán)結(jié)束后自動調(diào)用Dispose方法。
3.foreach不能代替for
foreach存在的一個問題是：它不支持循環(huán)時對集合進行增刪操作。 取而代之的方法是使用for循環(huán)。
不支持原因:
foreach循環(huán)使用了迭代器進行集合的遍歷，它在FCL提供的迭代器內(nèi)部維護了一個對集合版本的控制。那么什么是集合版本？簡單來說，其實它就是一個整型的變量，任何對集合的增刪操作都會使版本號加1。foreach循環(huán)會調(diào)用MoveNext方法來遍歷元素，在MoveNext方法內(nèi)部會進行版本號的檢測，一旦檢測到版本號有變動，就會拋出InvalidOperationException異常。
如果使用for循環(huán)就不會帶來這樣的問題。for直接使用索引器，它不對集合版本號進行判斷，所以不存在因為集合的變動而帶來的異常（當然，超出索引長度這種情況除外）。
{
List<T>list=this.list;
if((this.version==list._version)&&(this.index<list._size))
{
this.current=list._items[this.index];
this.index++;
return true;
}
return this.MoveNextRare();
}
無論是for循環(huán)還是foreach循環(huán)，內(nèi)部都是對該數(shù)組的訪問，而迭代器僅僅是多進行了一次版本檢測。事實上，在循環(huán)內(nèi)部，兩者生成的IL代碼也是差不多的。
4.使用更有效的對象和集合初始化
舉例：
class Program {static void Main(string[]args)
{
Person person=new Person(){Name="Mike",Age=20};
}
}
class Person
{
public string Name{get;set;}
public int Age{get;set;}
}
對象初始化設(shè)定項支持在大括號中對自動實現(xiàn)的屬性進行賦值。以往只能依靠構(gòu)造方法傳值進去，或者在對象構(gòu)造完畢后對屬性進行賦值。現(xiàn)在這些步驟簡化了，初始化設(shè)定項實際相當于編譯器在對象生成后對屬性進行了賦值。
集合初始化也同樣進行了簡化:
List<Person>personList=new List<Person>( ){
new Person() {Name="Rose",Age=19},
mike,
null
};
重點：初始化設(shè)定項絕不僅僅是為了對象和集合初始化的方便，它更重要的作用是為LINQ查詢中的匿名類型進行屬性的初始化。由于LINQ查詢返回的集合中匿名類型的屬性都是只讀的，如果需要為匿名類型屬性賦值，或者增加屬性，只能通過初始化設(shè)定項來進行。初始化設(shè)定項還能為屬性使用表達式。
舉例
{
new Person(){Name="Rose",Age=19},
new Person(){Name="Steve",Age=45},
new Person(){Name="Jessica",Age=20}
};
var pTemp=from p in personList2
select new {p.Name, AgeScope=p.Age>20?"Old":"Young"};
foreach(var item in pTemp)
{
Console.WriteLine(string.Format("{0}:{1}",item.Name,item.AgeScope));
}
5.使用泛型集合代替非泛型集合
注意，非泛型集合在System.Collections命名空間下，對應(yīng)的泛型集合則在System.Collections.Generic命名空間下。
泛型的好處不言而喻，，如果對大型集合進行循環(huán)訪問、轉(zhuǎn)型或拆箱和裝箱操作，使用ArrayList這樣的傳統(tǒng)集合對效率的影響會非常大。鑒于此，微軟提供了對泛型的支持。泛型使用一對＜＞括號將實際的類型括起來，然后編譯器和運行時會完成剩余的工作。
6.選擇正確的集合
要選擇正確的集合，首先需要了解一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識。所謂數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就是相互之間存在一種或多種特定關(guān)系的數(shù)據(jù)元素的集合
說明
直接存儲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是：向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中添加元素是很高效的，直接放在數(shù)據(jù)末尾的第一個空位上就可以了。它的缺點是：向集合插入元素將會變得低效，它需要給插入的元素騰出位置并順序移動后面的元素。
如果集合的數(shù)目固定并且不涉及轉(zhuǎn)型，使用數(shù)組效率高，否則就使用List＜T＞(該使用數(shù)組的時候,還是要使用數(shù)組)
順序存儲結(jié)構(gòu)，即線性表。線性表可動態(tài)地擴大和縮小，它在一片連續(xù)的區(qū)域中存儲數(shù)據(jù)元素。線性表不能按照索引進行查找，它是通過對地址的引用來搜索元素的，為了找到某個元素，它必須遍歷所有元素，直到找到對應(yīng)的元素為止。所以，線性表的優(yōu)點是插入和刪除數(shù)據(jù)效率高，缺點是查找的效率相對來說低一些。
隊列Queue＜T＞遵循的是先入先出的模式，它在集合末尾添加元素，在集合的起始位置刪除元素。
棧Stack＜T＞遵循的是后入先出的模式，它在集合末尾添加元素，同時也在集合末尾刪除元素。
字典Dictionary＜TKey, TValue＞存儲的是鍵值對，值在基于鍵的散列碼的基礎(chǔ)上進行存儲。字典類對象由包含集合元素的存儲桶組成，每一個存儲桶與基于該元素的鍵的哈希值關(guān)聯(lián)。如果需要根據(jù)鍵進行值的查找，使用Dictionary＜TKey, TValue＞將會使搜索和檢索更快捷。
雙向鏈表LinkedList＜T＞是一個類型為LinkedListNode的元素對象的集合。當我們覺得在集合中插入和刪除數(shù)據(jù)很慢時，就可以考慮使用鏈表。如果使用LinkedList＜T＞，我們會發(fā)現(xiàn)此類型并沒有其他集合普遍具有的Add方法，取而代之的是AddAfter、AddBefore、AddFirst、AddLast等方法。雙向鏈表中的每個節(jié)點都向前指向Previous節(jié)點，向后指向Next節(jié)點。
在FCL中，非線性集合實現(xiàn)得不多。非線性集合分為層次集合和組集合。層次集合（如樹）在FCL中沒有實現(xiàn)。組集合又分為集和圖，集在FCL中實現(xiàn)為HashSet＜T＞，而圖在FCL中也沒有對應(yīng)的實現(xiàn)。
集的概念本意是指存放在集合中的元素是無序的且不能重復(fù)的。
除了上面提到的集合類型外，還有其他幾個要掌握的集合類型，它們是在實際應(yīng)用中發(fā)展而來的對以上基礎(chǔ)類型的擴展：SortedList＜T＞、SortedDictionary＜TKey, TValue＞、Sorted-Set＜T＞。它們所擴展的對應(yīng)類分別為List＜T＞、Dictionary＜TKey, TValue＞、HashSet＜T＞，作用是將原本無序排列的元素變?yōu)橛行蚺帕小?/p>
除了排序上的需求增加了上面3個集合類外，在命名空間System.Collections.Concurrent下，還涉及幾個多線程集合類。它們主要是：
ConcurrentBag＜T＞對應(yīng)List＜T＞
ConcurrentDictionary＜TKey, TValue＞對應(yīng)Dictionary＜TKey, TValue＞
ConcurrentQueue＜T＞對應(yīng)Queue＜T＞
ConcurrentStack＜T＞對應(yīng)Stack＜T＞
FCL集合圖如下：
7.確保集合的線程安全
集合線程安全是指在多個線程上添加或刪除元素時，線程之間必須保持同步。
泛型集合一般通過加鎖來進行安全鎖定，如下：
static void Main(string[]args)
{
Thread t1=new Thread(()=>{
autoSet.WaitOne();
lock(sycObj)
{
foreach(Person item in list)
{
Console.WriteLine("t1:"+item.Name);
Thread.Sleep(1000);
}
}
}
8.避免將List＜T＞作為自定義集合類的基類
如果要實現(xiàn)一個自定義的集合類，不應(yīng)該以一個FCL集合類為基類，而應(yīng)該擴展相應(yīng)的泛型接口。FCL集合類應(yīng)該以組合的形式包含至自定義的集合類，需擴展的泛型接口通常是IEnumer-able＜T＞和ICollection＜T＞（或ICollection＜T＞的子接口，如IList＜T＞），前者規(guī)范了集合類的迭代功能，后者則規(guī)范了一個集合通常會有的操作。
List＜T＞基本上沒有提供可供子類使用的protected成員（從object中繼承來的Finalize方法和Member-wiseClone方法除外），也就是說，實際上，繼承List＜T＞并沒有帶來任何繼承上的優(yōu)勢，反而喪失了面向接口編程帶來的靈活性。而且，稍加不注意，隱含的Bug就會接踵而至。
9.迭代器應(yīng)該是只讀的
FCL中的迭代器只有GetEnumerator方法，沒有SetEnumerator方法。所有的集合類也沒有一個可寫的迭代器屬性。
原因有二
這違背了設(shè)計模式中的開閉原則。被設(shè)置到集合中的迭代器可能會直接導(dǎo)致集合的行為發(fā)生異常或變動。一旦確實需要新的迭代需求，完全可以創(chuàng)建一個新的迭代器來滿足需求，而不是為集合設(shè)置該迭代器，因為這樣做會直接導(dǎo)致使用到該集合對象的其他迭代場景發(fā)生不可知的行為。
現(xiàn)在，我們有了LINQ。使用LINQ可以不用創(chuàng)建任何新的類型就能滿足任何的迭代需求。
10.謹慎集合屬性的可寫操作
如果類型的屬性中有集合屬性，那么應(yīng)該保證屬性對象是由類型本身產(chǎn)生的。如果將屬性設(shè)置為可寫，則會增加拋出異常的幾率。一般情況下，如果集合屬性沒有值，則它返回的Count等于0，而不是集合屬性的值為null。
11.使用匿名類型存儲LINQ查詢結(jié)果（最佳搭檔）
從.NET 3.0開始，C#開始支持一個新特性：匿名類型。匿名類型由var、賦值運算符和一個非空初始值（或以new開頭的初始化項）組成。匿名類型有如下的基本特性：
既支持簡單類型也支持復(fù)雜類型。簡單類型必須是一個非空初始值，復(fù)雜類型則是一個以new開頭的初始化項；
匿名類型的屬性是只讀的，沒有屬性設(shè)置器，它一旦被初始化就不可更改；
如果兩個匿名類型的屬性值相同，那么就認為兩個匿名類型相等；
匿名類型可以在循環(huán)中用作初始化器；
匿名類型支持智能感知；
還有一點，雖然不常用，但是匿名類型確實也可以擁有方法。
11. 在查詢中使用Lambda表達式
LINQ實際上是基于擴展方法和Lambda表達式的，理解了這一點就不難理解LINQ。任何LINQ查詢都能通過調(diào)用擴展方法的方式來替代，如下面的代碼所示：
foreach(var item in personList.Select(person=>new{PersonName= person.Name,CompanyName=person.CompanyID==0?"Micro":"Sun"})){
Console.WriteLine(string.Format("{0}\t:{1}",item.PersonName, item.CompanyName));
}
針對LINQ設(shè)計的擴展方法大多應(yīng)用了泛型委托。System命名空間定義了泛型委托Action、Func和Predicate。可以這樣理解這三個委托：Action用于執(zhí)行一個操作，所以它沒有返回值；Func用于執(zhí)行一個操作并返回一個值；Predicate用于定義一組條件并判斷參數(shù)是否符合條件。Select擴展方法接收的就是一個Func委托，而Lambda表達式其實就是一個簡潔的委托，運算符“=＞”左邊代表的是方法的參數(shù)，右邊的是方法體。
12.理解延遲求值和主動求值之間的區(qū)別
樣例如下：
List<int>list=new List<int>(){0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};var temp1=from c in list where c>5 select c;
var temp2=(from c in list where c>5 select c).ToList<int>();
在使用LINQ to SQL時，延遲求值能夠帶來顯著的性能提升。舉個例子：如果定義了兩個查詢，而且采用延遲求值，CLR則會合并兩次查詢并生成一個最終的查詢。
13.區(qū)別LINQ查詢中的IEnumerable＜T＞和IQueryable＜T＞
LINQ查詢方法一共提供了兩類擴展方法，在System.Linq命名空間下，有兩個靜態(tài)類：Enumerable類，它針對繼承了IEnumerable＜T＞接口的集合類進行擴展；Queryable類，它針對繼承了IQueryable＜T＞接口的集合類進行擴展。稍加觀察我們會發(fā)現(xiàn)，接口IQueryable＜T＞實際也是繼承了IEnumerable＜T＞接口的，所以，致使這兩個接口的方法在很大程度上是一致的。那么，微軟為什么要設(shè)計出兩套擴展方法呢？
我們知道，LINQ查詢從功能上來講實際上可分為三類：LINQ to OBJECTS、LINQ to SQL、LINQ to XML（本建議不討論）。設(shè)計兩套接口的原因正是為了區(qū)別對待LINQ to OBJECTS、LINQ to SQL，兩者對于查詢的處理在內(nèi)部使用的是完全不同的機制。針對LINQ to OBJECTS時，使用Enumerable中的擴展方法對本地集合進行排序和查詢等操作，查詢參數(shù)接受的是Func＜＞。Func＜＞叫做謂語表達式，相當于一個委托。針對LINQ toSQL時，則使用Queryable中的擴展方法，它接受的參數(shù)是Ex-pression＜＞。Expression＜＞用于包裝Func＜＞。LINQ to SQL引擎最終會將表達式樹轉(zhuǎn)化成為相應(yīng)的SQL語句，然后在數(shù)據(jù)庫中執(zhí)行。
那么，到底什么時候使用IQueryable＜T＞，什么時候使用IEnumerable＜T＞呢？簡單表述就是：本地數(shù)據(jù)源用IEnumer-able＜T＞，遠程數(shù)據(jù)源用IQueryable＜T＞。
注意
在使用IQueryable＜T＞和IEnumerable＜T＞的時候還需要注意一點，IEnumerable＜T＞查詢的邏輯可以直接用我們自己所定義的方法，而IQueryable＜T＞則不能使用自定義的方法，它必須先生成表達式樹，查詢由LINQ to SQL引擎處理。在使用IQueryable＜T＞查詢的時候，如果使用自定義的方法，則會拋出異常。
13.使用LINQ取代集合中的比較器和迭代器
LINQ提供了類似于SQL的語法來實現(xiàn)遍歷、篩選與投影集合的功能。借助于LINQ的強大功能，我們通過兩條語句就能實現(xiàn)上述的排序要求。
var orderByBonus=from s in companySalary orderby s.Bonus select s;foreach實際會隱含調(diào)用的是集合對象的迭代器。以往，如果我們要繞開集合的Sort方法對集合元素按照一定的順序進行迭代，則需要讓類型繼承IEnumerable接口（泛型集合是IEnumerable＜T＞接口），實現(xiàn)一個或多個迭代器。現(xiàn)在從LINQ查詢生成匿名類型來看，相當于可以無限為集合增加迭代需求。
有了LINQ之后，我們是否就不再需要比較器和迭代器了呢？答案是否定的。我們可以利用LINQ的強大功能簡化自己的編碼，但是LINQ功能的實現(xiàn)本身就是借助于FCL泛型集合的比較器、迭代器、索引器的。LINQ相當于封裝了這些功能，讓我們使用起來更加方便。在命名空間Sys-tem.Linq下存在很多靜態(tài)類，這些靜態(tài)類存在的意義就是為FCL的泛型集合提供擴展方法
強烈建議你利用LINQ所帶來的便捷性，但我們?nèi)孕枵莆毡容^器、迭代器、索引器的原理，以便更好地理解LINQ的思想，寫出更高質(zhì)量的代碼。最好是能看懂Linq源碼。
14.在LINQ查詢中避免不必要的迭代
比如常使用First()方法，First方法實際完成的工作是：搜索到滿足條件的第一個元素，就從集合中返回。如果沒有符合條件的元素，它也會遍歷整個集合。
與First方法類似的還有Take方法，Take方法接收一個整型參數(shù)，然后為我們返回該參數(shù)指定的元素個數(shù)。與First一樣，它在滿足條件以后，會從當前的迭代過程直接返回，而不是等到整個迭代過程完畢再返回。如果一個集合包含了很多的元素，那么這種查詢會為我們帶來可觀的時間效率。
會運用First和Take等方法，都會讓我們避免全集掃描，大大提高效率。
總結(jié)
如有需要， 上一篇的《c#規(guī)范整理·語言要素》也可以看看！
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的C#规范整理·集合和Linq的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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