.Net 数据结构：ArrayList、List、HashTable、Dictionary、SortedList、SortedDictionary——速度、内存以及何时使用它们？ [关闭]

Posted 2023-02-14

【中文标题】.Net 数据结构：ArrayList、List、HashTable、Dictionary、SortedList、SortedDictionary——速度、内存以及何时使用它们？ [关闭]

【英文标题】：.Net Data structures: ArrayList, List, HashTable, Dictionary, SortedList, SortedDictionary -- Speed, memory, and when to use each? [closed]

【发布时间】：2010-09-12 19:40:51

【问题描述】：

.NET 有很多复杂的数据结构。不幸的是，其中一些非常相似，我并不总是确定何时使用一个以及何时使用另一个。我的大部分 C# 和 VB 书籍都在一定程度上谈到了它们，但它们从未真正深入到任何真正的细节。

Array、ArrayList、List、Hashtable、Dictionary、SortedList、SortedDictionary有什么区别？

哪些是可枚举的（IList -- 可以执行“foreach”循环）？哪些使用键/值对 (IDict)？

内存占用情况如何？插入速度？检索速度？

还有其他值得一提的数据结构吗？

我仍在寻找有关内存使用和速度（Big-O 表示法）的更多详细信息

【问题讨论】：

你应该把这个问题分开。你问了二十个不同的问题，其中一半可以通过简单的谷歌搜索来回答。请更具体；当您的问题如此分散时，它很难提供帮助。

我曾想过将其拆分，但意识到有人可能能够将所有这些答案整合到一个地方。事实上，如果有人能想出一个表格来分析所有内容，它可能会成为这个网站上的一个很好的资源。

这个问题可以转成wiki吗？

Ryan，该链接上的文章已有 14 年历史（发帖时为 12 岁）。旁注我自己上周一直在阅读它们。但它们也不包括更新的技术，迫切需要更新。以及更多性能指标和示例。

LinkedList 在你的问题中有什么地方吗？只是问问。

【参考方案1】：

在我的头顶：

Array* - 代表一个老式内存数组 - 有点像普通 type[] 数组的别名。可以列举。不能自动生长。我会假设插入和检索速度非常快。

ArrayList - 自动增长的数组。增加更多开销。可以枚举，可能比普通数组慢，但仍然相当快。这些在 .NET 中被大量使用

List - 我的最爱之一 - 可以与泛型一起使用，因此您可以拥有一个强类型数组，例如List<string>。除此之外，行为很像ArrayList

Hashtable - 普通的旧哈希表。 O(1) 到 O(n) 最坏的情况。可以枚举value和keys属性，做key/val对

Dictionary - 与上面相同，只是通过泛型强类型化，例如Dictionary<string, string>

SortedList - 已排序的通用列表。插入速度变慢，因为它必须弄清楚把东西放在哪里。可以枚举。，检索时可能相同，因为它不必求助，但删除会比普通的旧列表慢。

我倾向于一直使用List 和Dictionary - 一旦你开始使用它们的泛型强类型，就很难再回到标准的非泛型。

还有很多其他数据结构——KeyValuePair 可以用来做一些有趣的事情，SortedDictionary 也很有用。

【讨论】：

哈希表是 O(1)，最坏的情况（有冲突）可能是 O(n)

这里还有很多其他的数据结构需要添加。比如 LinkedList、Skip List、Stack、Queue、Heap、Trees、Graphs。这些也是非常重要的数据结构。

.Net 4.0 中添加的 ConcurrentDictionary 提供了具有线程安全性的通用字典

BlockingCollection 提供了一个线程安全的生产者/消费者实现

ArrayList 使用虚拟方法，但 List<T> 不使用。 ArrayList 已在很大程度上被 List<T> 替换为标准集合，Collection<T> 作为自定义集合的基类。 Hashtable 已在很大程度上被 Dictionary<TKey, TValue> 取代。对于新代码，我建议避免使用 ArrayList 和 Hashtable。

【参考方案2】：

如果可能，请使用泛型。这包括：

List 而不是 ArrayList 字典而不是哈希表

【参考方案3】：

首先，.NET 中的所有集合都实现了 IEnumerable。

其次，很多集合都是重复的，因为泛型是在 2.0 版框架中添加的。

因此，尽管通用集合可能会添加功能，但在大多数情况下：

List 是 ArrayList 的通用实现。 Dictionary 是 Hashtable 的通用实现

数组是一个固定大小的集合，您可以更改存储在给定索引处的值。

SortedDictionary 是一个基于键排序的 IDictionary。 SortedList 是一个 IDictionary，它根据所需的 IComparer 进行排序。

因此，IDictionary 实现（那些支持 KeyValuePairs）是：

哈希表 字典 排序列表 排序字典

.NET 3.5 中添加的另一个集合是 Hashset。它是一个支持集合操作的集合。

另外，LinkedList 是一个标准的链表实现（List 是一个数组列表，可以更快地检索）。

【参考方案4】：

以下是一些一般性提示：

您可以在实现IEnumerable 的类型上使用foreach。 IList 本质上是一个带有Count 和Item（使用从零开始的索引访问项目）属性的IEnumberable。另一方面，IDictionary 意味着您可以通过任何哈希索引访问项目。

Array、ArrayList 和 List 都实现了IList。 Dictionary、SortedDictionary 和 Hashtable 实现 IDictionary。

如果您使用的是 .NET 2.0 或更高版本，建议您使用上述类型的通用对应物。

对于这些类型的各种操作的时间和空间复杂度，您应该查阅他们的文档。

.NET 数据结构位于 System.Collections 命名空间中。有一些类型库，例如 PowerCollections，它们提供了额外的数据结构。

要全面了解数据结构，请查阅 CLRS 等资源。

【讨论】：

来自msdn，似乎 sortedList 实现了 IDictionnary - 不是 IList

已修复。感谢您的评论。似乎 SortedList 保留了键/值列表，因此它基本上代表字典的数据。不记得我第一次写答案时这个类是如何工作的......

【参考方案5】：

.NET 数据结构：

更多关于 ArrayList 和 List 为何不同的对话

数组

正如一位用户所说，数组是“老派”集合（是的，数组被认为是一个集合，尽管不是System.Collections 的一部分）。但是，与其他集合相比，数组的“老派”是什么，即您在标题中列出的那些（此处为 ArrayList 和 List(Of T)）？让我们从数组的基础开始。

首先，Microsoft .NET 中的Arrays 是“允许您将多个 [逻辑相关] 项视为单个集合的机制”（请参阅​​链接文章）。那是什么意思？数组按顺序存储各个成员（元素），一个接一个地存储在内存中，并具有起始地址。通过使用数组，我们可以轻松访问从该地址开始按顺序存储的元素。

除此之外，与编程 101 个常见概念相反，数组确实可以非常复杂：

数组可以是单维的、多维的或jadded（jagged 数组值得一读）。数组本身不是动态的：一旦初始化，一个 n 大小的数组会保留足够的空间来容纳 n 个对象。数组中的元素数量不能增加或减少。 Dim _array As Int32() = New Int32(100) 在内存块上为数组保留足够的空间以包含 100 个 Int32 原始类型对象（在这种情况下，数组被初始化为包含 0）。该区块地址返回_array。

根据文章，Common Language Specification (CLS) 要求所有数组都是从零开始的。 .NET 中的数组支持非从零开始的数组；但是，这种情况不太常见。由于从零开始的数组的“共性”，微软花费了大量时间优化其性能；因此，单维、从零开始的 (SZ) 数组是“特殊的”——并且实际上是数组的最佳实现（与多维等相反）——因为 SZ 具有用于操作它们的特定中间语言指令。

数组总是通过引用传递（作为内存地址）——这是数组难题的一个重要部分。虽然它们会进行边界检查（会引发错误），但也可以在数组上禁用边界检查。

同样，数组的最大障碍是它们不能重新调整大小。它们具有“固定”容量。将 ArrayList 和 List(Of T) 引入我们的历史：

ArrayList - 非泛型列表

ArrayList（与List(Of T) 一起——尽管有一些关键的区别，在这里，稍后解释）——也许最好被认为是集合的下一个补充（广义上）。 ArrayList 继承自IList（'ICollection' 的后代）接口。 ArrayLists 本身是 bulkier - 比 Lists 需要更多 overhead。

IList 确实使实现能够将 ArrayLists 视为固定大小的列表（如 Arrays）；然而，除了 ArrayLists 添加的额外功能之外，使用固定大小的 ArrayLists 并没有真正的优势，因为在这种情况下 ArrayLists（相对于 Arrays）明显更慢。

根据我的阅读，ArrayLists 不能是锯齿状的：“不支持使用多维数组作为元素......”。再一次，ArrayLists 棺材上的另一个钉子。 ArrayList 也不是“类型化的”——这意味着，在所有内容之下，ArrayList 只是一个动态的对象数组：Object[]。这在实现 ArrayList 时需要大量装箱（隐式）和拆箱（显式），再次增加了它们的开销。

未经证实的想法：我想我记得我读过或听过我的一位教授说 ArrayList 是尝试从数组转移到列表类型集合的混蛋概念孩子，即曾经数组是一个很大的改进，但它们不再是最好的选择，因为已经对集合进行了进一步的开发

List(Of T)：ArrayList 变成了（并希望成为）

内存使用量的差异非常显着，以至于 List(Of Int32) 消耗的内存比包含相同原始类型的 ArrayList 少 56%（在上述绅士的链接演示中为 8 MB 与 19 MB：再次，链接 @ 987654327@) - 虽然这是 64 位机器的复合结果。这种差异确实表明了两件事：第一（1），装箱的 Int32 类型“对象”（ArrayList）比纯 Int32 原始类型（List）大得多；第二 (2)，由于 64 位机器的内部工作，差异是指数级的。

那么，有什么区别，List(Of T) 是什么？ MSDN 将List(Of T) 定义为“……一个可以通过索引访问的强类型对象列表”。这里的重要性是“强类型”位： List(Of T) '识别'类型并将对象存储为它们的类型。因此，Int32 存储为 Int32 而不是 Object 类型。这样就消除了装箱和拆箱带来的问题。

MSDN 指定这种差异仅在存储原始类型而不是引用类型时发挥作用。同样，这种差异确实发生在大规模：超过 500 个元素。更有趣的是，MSDN 文档中写道：“使用 List(Of T) 类的特定于类型的实现而不是使用 ArrayList 类对您有利......”

本质上，List(Of T) 是 ArrayList，但更好。它是 ArrayList 的“通用等价物”。像 ArrayList 一样，在排序之前不能保证排序（见图）。 List(Of T) 还有一些附加功能。

【参考方案6】：

我对这个问题表示同情 - 我也发现（发现？）选择令人困惑，所以我开始科学地查看哪种数据结构最快（我使用 VB 进行了测试，但我想 C# 会是一样的，因为两种语言在 CLR 级别做同样的事情）。你可以看到some benchmarking results conducted by me here（还有一些关于在什么情况下最好使用哪种数据类型的讨论）。

【参考方案7】：

我发现 Microsoft Docs 的集合和数据结构页面的“选择集合”部分非常有用

C# Collections and Data Structures : Choose a collection

还有下面的矩阵来比较一些其他的特性

【参考方案8】：

它们在智能感知中的拼写非常好。只需输入 System.Collections. 或 System.Collections.Generics（首选），您将获得可用内容的列表和简短说明。

【参考方案9】：

哈希表/字典是 O(1) 性能，这意味着性能不是大小的函数。了解这一点很重要。

编辑：实际上，Hashtable/Dictionary 查找的平均时间复杂度为 O(1)。

【讨论】：

没有所谓的“性能”。复杂性取决于操作。例如，如果你在 Dictionary 中插入 n 个元素，由于重新散列，它不会是 O(1)。

仅供参考，即使重新散列，字典仍然是 O(1)。考虑字典扩展之前的场景。一半的元素——那些自上次扩展以来添加的元素——将被散列一次。其余的一半将被哈希两次。其余的一半，三倍，等等。对每个元素执行的平均散列操作数将是 1+1/2+1/4+1/8...=2。展开后的情况基本相同，但每个元素都被额外哈希一次（因此平均哈希计数为 3）。所有其他情况都在这两者之间。

【参考方案10】：

泛型集合的性能将优于非泛型集合，尤其是在迭代多个项目时。这是因为不再发生装箱和拆箱。

【参考方案11】：

关于高频系统交易工程的哈希表与字典的重要说明：线程安全问题

Hashtable 是线程安全的，可供多个线程使用。 字典公共静态成员是线程安全的，但不保证任何实例成员都是如此。

因此 Hashtable 在这方面仍然是“标准”选择。

【讨论】：

这部分是正确的。 Hashtable 可以安全地同时与一个写入器和多个读取器一起使用。另一方面，Dictionary 与多个阅读器一起使用是安全的，只要它不被同时修改。

当然。然而，在交易领域，我们同时读取实时市场数据并运行包含附加条目的分析。这还取决于有多少交易者在使用该系统 - 如果只有你，那显然没关系。

.NET 4.0 提供了一个 ConcurrentDictionary

【参考方案12】：

最流行的 C# 数据结构和集合

数组

数组列表

列表

链表

字典

哈希集

堆栈

队列

排序列表

C#.NET 有很多不同的数据结构，例如，最常见的一种是数组。然而，C# 带有更多基本的数据结构。选择要使用的正确数据结构是编写结构良好且高效的程序的一部分。

在本文中，我将介绍内置的 C# 数据结构，包括 C#.NET 3.5 中引入的新数据结构。请注意，其中许多数据结构适用于其他编程语言。

数组

也许最简单和最常见的数据结构是数组。 C# 数组基本上是一个对象列表。它的定义特征是所有对象都是相同的类型（在大多数情况下）并且它们的数量是特定的。数组的性质允许根据元素在列表中的位置（也称为索引）快速访问元素。 C# 数组的定义如下：

[object type][] myArray = new [object type][number of elements]

一些例子：

 int[] myIntArray = new int[5];
 int[] myIntArray2 =  0, 1, 2, 3, 4 ;

从上面的示例中可以看出，可以不使用任何元素或从一组现有值初始化数组。将值插入数组很简单，只要它们适合。当元素的数量超过数组的大小时，该操作变得昂贵，此时需要扩展数组。这需要更长的时间，因为必须将所有现有元素复制到新的更大的数组中。

数组列表

C# 数据结构 ArrayList 是一个动态数组。这意味着 ArrayList 可以有任意数量的对象和任何类型。此数据结构旨在简化将新元素添加到数组中的过程。在底层，ArrayList 是一个数组，每次空间不足时，其大小都会翻倍。将内部数组的大小加倍是一种非常有效的策略，从长远来看可以减少元素复制的数量。我们不会在这里证明这一点。数据结构使用非常简单：

    ArrayList myArrayList = new ArrayList();
    myArrayList.Add(56);
    myArrayList.Add("String");
    myArrayList.Add(new Form());

ArrayList 数据结构的缺点是必须将检索到的值转换回其原始类型：

int arrayListValue = (int)myArrayList[0]

您可以在此处找到来源和更多信息：

C# Data Structures Collections and Data Structures List vs IEnumerable vs IQueryable vs ICollection vs IDictionary System.Collections.Generic Namespace System.Collections Namespace

【参考方案13】：

泛型和非泛型集合之间存在细微和不那么细微的区别。它们只是使用不同的底层数据结构。例如，Hashtable 保证一个写者多读者不同步。字典没有。