在C#中，System.Collections.Generic命名空間下的Dictionary類為以鍵值對的形式存儲和檢索數據提供了一種高效的方式。這種數據結構功能強大、用途廣泛，并且針對快速數據查找進行了高度優化，使其非常適用于各種實際編程場景。

本文將讓你深入了解C#中的Dictionary<TKey, TValue>——包括它的結構、屬性、方法以及使用示例。

C#中的Dictionary是什么？

Dictionary<TKey, TValue>是一種泛型集合，它將數據存儲為鍵值對的形式。字典中的每個鍵都是唯一的，并且映射到一個值。在C#中，如果有高效的哈希函數，字典對于添加、檢索和刪除數據等操作具有O(1)的時間復雜度，這使得它們成為高性能應用程序的絕佳選擇。

Dictionary的基本語法

要聲明一個字典，需要指定兩種類型：

• TKey：字典中鍵的類型。

• TValue：與每個鍵相關聯的值的類型。

以下是一個示例：

Dictionary<int, string> myDictionary = new Dictionary<int, string>();

在這個示例中，myDictionary使用int作為鍵類型，string作為值類型。

Dictionary的屬性

字典有幾個重要的屬性：

• Count：返回字典中鍵值對的數量。

• Keys：返回字典中所有鍵的集合。

• Values：返回字典中所有值的集合。

• Comparer：獲取用于比較鍵的相等比較器。

以下是展示如何使用這些屬性的示例：

var fruits = new Dictionary<string, int>
{
    {"Apple", 1},
    {"Banana", 2}
};

Console.WriteLine(fruits.Count); // 輸出：2
foreach (var key in fruits.Keys)
{
    Console.WriteLine(key); // 輸出：Apple, Banana
}
foreach (var value in fruits.Values)
{
    Console.WriteLine(value); // 輸出：1, 2
}

向字典中添加元素

要向字典中添加元素，可以使用Add方法或者索引器語法[]：

Dictionary<int, string> numbers = new Dictionary<int, string>();
numbers.Add(1, "One");
numbers[2] = "Two"; // 使用索引器語法

注意：如果嘗試使用Add方法添加重復的鍵，將會拋出ArgumentException異常。然而，索引器語法[]在鍵已存在的情況下會更新對應的值。

從字典中檢索值

最常見的檢索值的方式是使用鍵：

string value = numbers[1];  // 檢索與鍵1相關聯的值

如果鍵不存在，將會拋出KeyNotFoundException異常。為了安全地處理這種情況，可以使用TryGetValue方法，該方法在鍵存在時返回true，并將關聯的值賦給out參數：

if (numbers.TryGetValue(2, out string result))
{
    Console.WriteLine(result);
}
else
{
    Console.WriteLine("鍵未找到");
}

更新現有值

要更新現有值，可以使用帶鍵的索引器語法：

numbers[1] = "Updated One";

如果鍵存在，關聯的值將會被更新；如果鍵不存在，將會添加一個新的鍵值對。

從字典中移除元素

要通過鍵移除一個元素，可以使用Remove方法：

numbers.Remove(1); // 移除鍵為1的鍵值對

該方法在元素成功移除時返回true，否則返回false。

檢查鍵或值是否存在

要檢查字典中是否存在特定的鍵或值，可以使用ContainsKey或ContainsValue方法：

bool hasKey = numbers.ContainsKey(1); // 如果鍵1存在則返回true
bool hasValue = numbers.ContainsValue("Two"); // 如果值為"Two"被找到則返回true

遍歷字典

可以使用foreach語句遍歷Dictionary，其中每個元素都是一個KeyValuePair<TKey, TValue>：

foreach (KeyValuePair<int, string> kvp in numbers)
{
    Console.WriteLine($"鍵：{kvp.Key}，值：{kvp.Value}");
}

或者，也可以使用Keys和Values屬性僅遍歷鍵或值。

初始化字典

字典可以在聲明時使用集合初始化器進行初始化：

var myDictionary = new Dictionary<int, string>
{
    { 1, "One" },
    { 2, "Two" },
    { 3, "Three" }
};

Dictionary的構造函數

Dictionary類針對不同場景提供了多個構造函數：

• 默認構造函數：初始化一個空字典。

var myDictionary = new Dictionary<int, string>();

• Dictionary(int capacity)：使用指定的容量初始化一個字典，如果已知大小，這樣做可以提高性能。

var myDictionary = new Dictionary<int, string>(100);

• Dictionary(IEqualityComparer<TKey>)：使用指定的用于自定義鍵比較的相等比較器初始化一個字典。

var caseInsensitiveDict = new Dictionary<string, string>(StringComparer.OrdinalIgnoreCase);

• Dictionary(IDictionary<TKey, TValue>)：通過復制另一個字典來初始化一個字典。

var anotherDictionary = new Dictionary<int, string>(myDictionary);

鍵的自定義比較器

默認情況下，字典對鍵類型使用默認的相等比較器。你可以通過實現IEqualityComparer<TKey>來提供自定義的相等比較器。這對于不區分大小寫的字符串鍵特別有用：

var caseInsensitiveDict = new Dictionary<string, string>(StringComparer.OrdinalIgnoreCase);
caseInsensitiveDict.Add("Hello", "World");
Console.WriteLine(caseInsensitiveDict.ContainsKey("hello")); // 輸出：True

線程安全與ConcurrentDictionary

Dictionary類不是線程安全的。如果多個線程同時修改一個字典，可能會導致不可預測的行為。對于線程安全的操作，可以使用System.Collections.Concurrent命名空間下的ConcurrentDictionary<TKey, TValue>。

using System.Collections.Concurrent;

ConcurrentDictionary<int, string> safeDict = new ConcurrentDictionary<int, string>();
safeDict.TryAdd(1, "One");

Dictionary的性能特征

由于哈希的作用，在大多數情況下，字典對于檢索、插入和刪除操作具有O(1)的復雜度，所以效率很高。然而，如果哈希函數不佳，性能可能會下降，導致沖突增多以及操作變慢。

Dictionary操作中的常見異常

C#中的字典可能會拋出以下異常：

• ArgumentNullException：如果使用了空鍵。

• ArgumentException：如果使用Add方法添加重復的鍵。

• KeyNotFoundException：如果訪問字典中不存在的鍵。

示例程序

以下示例展示了字典的基本操作：

using System;
using System.Collections.Generic;

class Program
{
    static void Main()
    {
        var dictionary = new Dictionary<int, string>
        {
            {1, "one"},
            {2, "two"},
            {3, "three"}
        };

        // 檢索值
        Console.WriteLine(dictionary[2]); // 輸出：two

        // 更新元素
        dictionary[2] = "updated two";

        // 移除元素
        dictionary.Remove(1);

        // 遍歷字典
        foreach (var kvp in dictionary)
        {
            Console.WriteLine($"鍵：{kvp.Key}，值：{kvp.Value}");
        }

        // 檢查存在性
        Console.WriteLine(dictionary.ContainsKey(2)); // 輸出：True
    }
}

C#中Dictionary的總結

在C#中，Dictionary<TKey, TValue>類是一種用于高效存儲鍵值對的重要數據結構。它提供了廣泛的功能，用于添加、檢索、更新和移除元素，并且針對快速數據訪問進行了優化。字典允許通過相等比較器進行定制，支持多種初始化方法，使其適用于許多用例。

雖然Dictionary本身不是線程安全的，但ConcurrentDictionary<TKey, TValue>為多線程應用程序提供了一種安全的替代方案。無論你是在開發簡單還是復雜的應用程序，C#中的字典都是一種用于將數據組織成鍵值對的強大、高性能的解決方案。