Структуры данных .NET: ArrayList, List, HashTable, Dictionary, SortedList, SortedDictionary - Скорость, память и когда их использовать?

Если это вообще возможно, используйте generics. Это включает в себя:

• Список вместо ArrayList
• Словарь вместо HashTable

Во-первых, все коллекции .NET реализуют IEnumerable.

Во-вторых, многие коллекции дублируются, потому что в версии 2.0 фреймворка добавлены дженерики.

Итак, хотя общие коллекции скорее всего добавят функции, по большей части:

• Список представляет собой общую реализацию ArrayList.
• Словарь - это общая реализация Hashtable

Массивы представляют собой коллекцию фиксированного размера, в которой вы можете изменить значение, хранящееся в данном индексе.

SortedDictionary - это IDictionary, который сортируется на основе ключей. SortedList - это IDictionary, который сортируется на основе требуемого IComparer.

Таким образом, реализации IDictionary (поддерживающие KeyValuePairs): * Хеш-таблица * Словарь * SortedList * SortedDictionary

Другая коллекция, добавленная в .NET 3.5, - это Hashset. Это коллекция, которая поддерживает операции набора.

Кроме того, LinkedList является стандартной реализацией связанных списков (список - это список массивов для быстрого поиска).

Вот несколько общих советов для вас:

• Вы можете использовать foreach для типов, которые реализуют IEnumerable. IList - это, по существу, IEnumberable с Count и Item (доступ к элементам с использованием индекса с нулевым индексом). IDictionary, с другой стороны, означает, что вы можете обращаться к элементам с помощью индекса с индексом.

• Array, ArrayList и List все реализуют IList. Dictionary, SortedDictionary и Hashtable реализовать IDictionary.

• Если вы используете .NET 2.0 или выше, рекомендуется использовать общие экземпляры указанных типов.

• Для временной и пространственной сложности различных операций над этими типами вы должны проконсультироваться со своей документацией.

• Структуры данных .NET находятся в пространстве имен System.Collections. Существуют библиотеки типов, такие как PowerCollections, которые предлагают дополнительные структуры данных.

• Чтобы получить полное представление о структурах данных, проконсультируйтесь с такими ресурсами, как CLRS.

Хороший обманщик, в котором упоминаются сложности для структур данных, алгоритмы и т.д.

Я сочувствую этому вопросу - я тоже нашел (нахожу?) выбор недоумения, поэтому я изложил научно, чтобы увидеть, какая структура данных самая быстрая (я сделал тест с использованием VB, но я думаю, что С# будет таким же, поскольку оба языка делают то же самое на уровне CLR). Вы можете увидеть некоторые результаты бенчмаркинга, проведенные мной здесь (там также обсуждается, какой тип данных лучше всего использовать при каких обстоятельствах).

Структуры данных .NET:

Подробнее о разговоре о том, почему ArrayList и List действительно отличаются

Массивы

Как утверждает один из пользователей, массивы представляют собой коллекцию "старой школы" (да, массивы считаются коллекцией, но не частью System.Collections). Но что такое "старая школа" в отношении массивов по сравнению с другими коллекциями, то есть те, которые вы указали в своем названии (здесь, ArrayList и List (Of T))? Давайте начнем с основ, посмотрев на массивы.

Чтобы начать, Массивы в Microsoft.NET являются "механизмами, которые позволяют вам обрабатывать несколько [логически связанных] элементов как единый сбор" (см. связанную статью). Что это значит? Массивы хранят отдельные элементы (элементы) последовательно, один за другим в памяти с начальным адресом. Используя массив, мы можем легко получить доступ к последовательно сохраненным элементам, начинающимся с этого адреса.

Помимо этого и вопреки программированию 101 общих концепций, массивы действительно могут быть довольно сложными:

Массивы могут быть одномерными, многомерными или дядяными (о чём следует знать массивы с зубцами). Массивы сами по себе не являются динамическими: после инициализации массив размером n хранит достаточно места для хранения n количества объектов. Количество элементов в массиве не может увеличиваться или уменьшаться. Dim _array As Int32() = New Int32(100) резервирует достаточно места на блоке памяти для того, чтобы массив содержал 100 объектов примитивного типа Int32 (в этом случае массив инициализируется, чтобы содержать 0s). Адрес этого блока возвращается в _array.

Согласно статье Common Language Specification (CLS) требуется, чтобы все массивы были на нулевом уровне. Массивы в .NET поддерживают ненулевые массивы; однако это реже. В результате "общности" нулевых массивов Microsoft потратила на много времени, оптимизируя свою производительность; поэтому массивы с одиночным размером, основанные на нулевом значении (SZ) являются "специальными" и, действительно, наилучшей реализацией массива (в отличие от многомерных и т.д.), поскольку SZ имеют конкретные инструкции языка посредников для их манипулирования.

Массивы всегда передаются по ссылке (как адрес памяти) - важная часть головоломки Array, которую нужно знать. Пока они проверяют границы (выдает ошибку), проверка границ также может быть отключена на массивах.

Опять же, самым большим препятствием для массивов является то, что они не переоцениваются. У них есть "фиксированная" емкость. Представляем ArrayList и List (Of T) нашей истории:

ArrayList - не общий список

ArrayList (наряду с List(Of T) - хотя есть некоторые критические отличия, здесь, поясняется ниже) - возможно, лучше как новое дополнение к коллекциям (в широком смысле). ArrayList наследует от IList (потомок интерфейса ICollection). ArrayLists, bulkier - требуется больше служебные данные - чем списки.

IList позволяет реализации обрабатывать ArrayLists как списки фиксированного размера (например, массивы); однако, помимо дополнительной функциональности, добавленной ArrayLists, нет реальных преимуществ использования ArrayLists, которые являются фиксированным размером, поскольку ArrayLists (над массивами) в этом случае заметно медленнее.

Из моего чтения ArrayLists не могут быть зазубрены: "Использование многомерных массивов в качестве элементов... не поддерживается". Опять же, еще один гвоздь в гробу ArrayLists. ArrayLists также не "набраны" - это означает, что под всем остальным ArrayList является просто динамическим массивом объектов: Object[]. Это требует много бокса (неявного) и unboxing (явного) при реализации ArrayLists, снова добавляя их накладные расходы.

Неподтвержденная мысль: я думаю, что я помню, как читал или слышал от одного из моих профессоров, что ArrayLists - это своего рода концептуальный ребенок-ублюдок, пытающийся перейти от массивов к коллекциям списка, т.е. когда-то был большим улучшением к массивам, они больше не являются лучшим вариантом, поскольку дальнейшее развитие было сделано в отношении коллекций.

Список (Of T): какой ArrayList стал (и надеется)

Разница в использовании памяти достаточно значительна для того, чтобы List (Of Int32) потреблял на 56% меньше памяти, чем ArrayList, содержащий один и тот же примитивный тип (8 MB против 19 MB в приведенной выше джентльменской демонстрации: связанный здесь) - хотя это результат, усугубляемый 64-битной машиной. Это различие на самом деле демонстрирует две вещи: сначала (1), "объект" (ArrayList) в виде пакета Int32-типа намного больше, чем чистый примитивный тип Int32 (List); второй (2), разница экспоненциальна в результате внутренних операций 64-разрядной машины.

Итак, какая разница и что такое List (Of T)? MSDN определяет List(Of T) as, "... строго типизированный список объектов, к которым можно получить доступ по индексу". Важность здесь - это "строго типизированный" бит: List (Of T) "распознает" типы и сохраняет объекты в качестве их типа. Таким образом, Int32 сохраняется как Int32, а не тип Object. Это устраняет проблемы, вызванные боксом и распаковкой.

MSDN указывает, что эта разница входит в игру только при сохранении примитивных типов, а не ссылочных типов. Точно, разница действительно происходит в больших масштабах: более 500 элементов. Что еще более интересно, так это то, что в документации MSDN говорится: "В ваших интересах использовать специфичную для типа реализацию класса List (Of T) вместо использования класса ArrayList..."

По сути, List (Of T) является ArrayList, но лучше. Это "общий эквивалент" ArrayList. Как и ArrayList, он не будет сортироваться до сортировки (go figure). Список (Of T) также имеет некоторые дополнительные функции.

Общие коллекции будут работать лучше, чем их не общие роды, особенно при повторении множества элементов. Это связано с тем, что бокс и распаковка больше не встречаются.

Hashtables/Dictionaries - это производительность O (1), что означает, что производительность не зависит от размера. Это важно знать.

EDIT: На практике средняя временная сложность поиска Hashtable/Dictionary < > равна O (1).

Они хорошо известны в intellisense. Просто введите System.Collections. или System.Collections.Generics(предпочтительнее), и вы получите список и краткое описание доступных.

На самом деле, я думаю, MSDN помогает дать неплохие ответы на все эти вопросы. Просто просмотрите коллекции .NET.

Важное замечание о Hashtable vs Dictionary для высокочастотной систематической торговли: проблема безопасности потока

Hashtable является потокобезопасным для использования несколькими потоками. Словарные общедоступные статические члены являются потокобезопасными, но любые члены экземпляра не гарантируются.

Итак, Hashtable остается "стандартным" выбором в этом отношении.

Существуют тонкие и не очень тонкие различия между родовыми и неродственными коллекциями. Они просто используют разные базовые структуры данных. Например, Hashtable гарантирует одночиповое считывание без синхронизации. Словарь не работает.

Безопасность потоков может быть достигнута с помощью ConcurrentDictionary. HashTable - не единственный вариант.