C#中Lookup类和有序字典详解

Lookup类介绍

Dictionary只为每个键支持一个值.新类Lookup是.NET3.5中新增的,它类似与Dictionary,但把键映射带一个值集上.这个类在程序及System.Core中实现,用System,Linq命名空间定义.

Lookup的方法和属性如下表:

属性名或者方法名


说明

Count
    

属性Count返回集合中的元素个数

Item
    

使用索引器可以根据键访问特定的元素.因为同一个键可以对应多个值,所以这个属性返回所有值的枚举

Contain()
    

方法Contains()根据使用用Key参数传送元素,返回一个布尔值

ApplyResultSelector()
    

ApplyResultSelector(0根据传送给它的转换函数,转换每一项,返回一个集合

Loopup不能像一般的字典那样创建,而必须调用方法ToLookup(),它返回一个Lookup对象.方法ToLookup()是一个扩展方法,可以用于实现了IEnumerable的所有类.

当一个Key要求对应多个value情况ToLookup方法非常有用,ToLookup返回一种特殊的数据结构,类似SQL中的group,可以把集合分组并且可以用索引访问这些元素,案例:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
 
namespace Lookup类
{
 
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //创建一个string类型的数组
            string[] array = { "cat","dog","horse"};
            //生成查找结构
            var lookup = array.ToLookup(item => item.Length);
            //枚举字符长度3的串
            foreach (var item in lookup[3])
            {
                Console.WriteLine("3 = "+item);
            }
 
            //枚举字符长度5的串
            foreach (var item in lookup[5])
            {
                Console.WriteLine("5 = " + item);
            }
            //枚举分组
 
            foreach (var grouping in lookup)
            {
                Console.WriteLine("Grouping : ");
                foreach (var item in grouping)
                {
                    Console.WriteLine(item);
                }
            }
            Console.ReadKey();
        }        
    }
}

 上面的案例是通过数组元素的字符串长度为Key分组,也就是字符长度相同的元素的Key是一样的,索引下标也是一样.比如以通过lookup[3]访问,而horse要用lookup[5]来访问.

有序字典

SortedDictionary类是一个二叉搜索树,其中的元素根据键来排序.该键类型必须实现IComparable接口.如果键的类型不能排序,则还可以创建一个实现了IComparer接口的比较器,将比较器用作有序字典的构造函数的一个参数.

SortedDictionary类和SortedList类的功能类似.但因为SortedList实现为一个基于数组的列表,而SortedDictionary类实现为一个字典,所以他们有不同的特征:

1.SortedList类使用的内存比SortedDictionary类少

2.SortedDictionary类的元素插入和删除速度比较快

3.在用已排好序的数据填充集合时,若不需要修改容量,SortedList类就比较快.

 
案例:

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
 
namespace 有序字典
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //SortedList使用的内存少
            //SortedDictionary元素插入和删除速度快
            //键要实现IComparable接口
            SortedDictionary sd = new SortedDictionary();
            sd.Add(new EmployeeID(3),new Person("中国", "张飞", 40));
            sd.Add(new EmployeeID(20), new Person("中国", "关羽", 43));
            sd.Add(new EmployeeID(4), new Person("中国", "刘备", 45));
            sd.Add(new EmployeeID(5), new Person("中国", "诸葛亮", 24));
            sd.Add(new EmployeeID(1), new Person("美国", "豪威尔", 40));
            sd.Add(new EmployeeID(0),new Person("美国", "奥巴马", 40));
            sd.Add(new EmployeeID(210), new Person("朝鲜", "金三胖", 40));
            sd.Add(new EmployeeID(80), new Person("印度", "印度阿三", 40));
             
            foreach (var item in sd)
            {
                Console.WriteLine(item.Key.ID+","+item.Value.Name);//键，正序排序
            }
            Console.ReadKey();
        }
    }
    public class EmployeeID : IComparable
    {
        public int ID { get; private set; }
        public EmployeeID(int id)
        {
            this.ID = id;
        }
 
        public int CompareTo(EmployeeID other)
        {
            return ID.CompareTo(other.ID);
        }
    }
    public class Person
    {
        public string Country { get; private set; }
        public string Name { get; private set; }
        public int Age { get; private set; }
        public Person(string country, string name, int age)
        {
            this.Country = country;
            this.Name = name;
            this.Age = age;
        }
 
    }
}

注意:SortedList类使用的内存比SortedDictionary类少,但SortedDictionary类在插入和删除未排序的数据时比较快.

详细分析SOrtedList和SortedDictionary类的不同,SortedList内部用数组保存,只能算是有序线性表,而SortedSictionary的内部结构是红黑树(这是一种数据结构,不懂得自己去百度).

SortedDictionary内部结构是红黑树,红黑树的平衡二叉树的一种,SortedList是有序线性表,内部结构是Array,运用了二分查找法提高效率.从两者查找,插入,删除操作的时间复杂度来看,都为O(LogN),分辨不出优劣,但内部结构的不同导致了实际操作的性能差异.

SortedList和SortedDictionary性能比较----插入

由于SortedList用数组保存,每次进行插入操作时,首先用二分查找发找到相应的位置,得到位置以后,SortedList会把该位置以后的值依次往后移动一个位置,空出当前位,再把值插入,这个过程用到了Array.Copy方法,而调用该方法是比较损耗性能的,代码如下:

private void Insert(int index,TKey key,TValue value)
{
...
if(index

SortedDictionary在添加操作时,只会根据红黑树的特性,旋转节点,保持平衡,并没有对Array.Copy的调用.

测试代码:循环一个int型,容量为100000的随机数组,分别用SortedList和SortedDictionary添加.

 结论:在大量添加操作的情况下,SortedDictionary性能优于DortedList.

 
SortedList和SortedDictionary性能比较----查询

两者的查询操作中,事件复杂度都为O(LogN),且源码中也没有额外的操作造成性能损失.

经过测试得出:两者在循环10W次的情况下,仅仅相差几十毫秒,可以看出两者的查询操作性能相差不大.


SortedList和SortedDictionary性能比较----删除

从添加操作的案例可以看出,由于SortedList内部使用数组进行存储数据,而数组本身的局限性使得SortedList大部分的添加操作都要滴啊用Array.Copy方法,从而导致了性能的损失,这种情况同样存在于删除操作中.所以得出了:在大量删除操作的情况下是,SortedDictionary的性能优于SortedList.


总结:SortedDictionary内部用红黑树存储数据,SortedList用数组存储数据,两者的查询效率差不多,但由于数组本身的限制,在大量添加删除操作的情况下,SortedDictionary的性能优于SortedList.