5 数组和集合
上一章介绍了.NET中的字符串操作技术，下面继续介绍另一种常用的数据类型：数组和集合。同字符串一样，数组和集合也是Web开发中最重要的类型之一，用于表示一组性质相近的对象。
5.1 数组
数组能够按一定规律把相关的数据组织在一起，并通过“索引”或“下标”快速存取这些数据。本节首先介绍数组的基本概念，理解这些概念是学习使用数组的基础。
5.1.1 什么是数组
【本节示例参考：\示例代码\C05\Example_Array】
数组即一组数据，它把一系列数据组织在一起，成为一个可操作的整体。例如，当一个做事细心的妻子去超市买东西时，或许会事先列出一个清单：
（1）油；
（2）盐；
（3）酱；
（4）醋；
（5）毛毛熊；
（6）……
可以称这个清单为“需购物品”，它有规律地列出了其内部的数据，且其内部数据具有相同的性质。在程序语言中，可以称这样一个清单为数组：
//声明数组
String[] myStrArr =new String[5]{ "油", "盐", "酱", "醋", "毛毛熊" };
在数组中，其中的每一个元素对应排列次序下标。当使用其中的某个元素时，可以直接利用这个次序下标，具体如下：
1. //输出数组元素
2. for(int i=0;i<5;i++)
3. {
4. Page.Response.Write("myStrArr["+i+"]="+myStrArr[i]+"<br/>");
5. }
将输出数组myStrArr中所有的元素，如图5.1所示。
图5.1 输出数组元素
说明
同C语言和大部分语言一样，C#的下标也是从0开始，而不是从1开始。
数组中的元素可以是任意的类型，如上面给出的示例，其中的每个元素都是字符串类型。除此之外，元素还可以是其他的基本数据类型，甚至又是一个数组。如果数组的元素又是数组，那么这个数组称为多维数组，下面是一个二维数组的例子：
//声明一个二维数组
String[,] myStrArr2 =new String[3,2]{ { "油", "盐" }, { "《围城》", "《晨露》" }, { "毛毛熊", "Snoopy" } };
在这个例子中，数组的第一维包含了三个元素，而每一个元素又是一个数组，分别包含了两个元素。此时称数组的秩为2；第一维的元素类型为数组，长度为3；第二维的元素类型为字符串，长度为2。
通过这个具体的例子，读者可以思考“秩”、“维”、“元素类型”，以及“长度”的概念。同一维数组一样，多维数组中的每一个元素，也可以通过下标方式来引用，如：
myStrArr[0]指一维数组{“油”,“盐”}。
myStrArr[0,0]指字符串“油”。
下面的代码，可以输出myStrArr2中的所有元素。
代码5-1 输出数组元素：Default.aspx.cs
1. //输出二维数组元素
2. for(int i=0;i<3;i++)
3. {
4. Page.Response.Write("--myStrArr2["+i+"]<br/>");
5. for(int j=0;j<2;j++)
6. {
7. Page.Response.Write("----myStrArr2["+i+","+j+"]="+myStrArr2[i,j]+"<br/>");
8. }
9. }
输出结果如图5.2所示。
图5.2 分层输出二维数组
5.1.2 创建数组
【本节示例参考：\示例代码\C05\Array_Create】
在C#中，使用如下语法创建一个数组。
1.一维数组
data type[]arr name=new data type[int length]
这种方式定义一个元素数据类型为data type、长度为length的数组arr name，例如：
int[]myIntArr=new int[100]; //定义一个长度为100的int数组
string[]mystringArr=new string[100]; //定义一个长度为100的string数组
object[]myObjectArr=new object[100]; //定义一个长度为100的object数组
其中，数据类型data type既可以是常用数据类型（如int、float等），也可以是对象（如String、StringBuilder等）。
data type[]arr name=new data type[]{item1,item2,…,itemn}
这种方式定义一个元素数据类型为data type，并通过“=”运算符进行赋值，其初始值为所给出的元素{item1，item2，…，itemn}的个数，例如：
int[]myIntArr2=new int[]{1,2,3}; //定义一个int数组，长度为3
string[]mystringArr2=new string[]{"油","盐"}; //定义一个string数组，长度为2
在这种定义下，不必给出数组的长度定义，数组的长度自动设置，为所给出的元素{item1，item2，…，itemn}的个数。即下面的两种定义完全相同：
int[] myIntArr2=new int[]{1,2,3};
int[] myIntArr2=new int[3]{1,2,3};
2.多维数组
data type[,…,]arr name=new data type[int length1,int length2,…,int lengthn]
这种方式定义一个元素数据类型为data type，秩为n，各维长度分别为length1，length2，…，lengthn的数组arr name，例如：
int[,]myIntArr=new int[10,100]; //定义一个10＊100的二维int数组
string[,,]mystringArr=new string[2,2,3]; //定义一个2＊2＊3的三维string数组
这里就定义了两个多维数组。也可以用下面的方法进行多维数组的定义：
data_type[,…,] arr_name = new data_type[,…,]]
{
{item1, item2, … ,itemn}
…
}
例如：
int[,]myIntArr2=new int[,]{{1,2,3},{-1,-2,-3}}; //2＊3的二维int数组
string[,]mystringArr2=new string[,]{{"油","盐"},{"《围城》","《晨露》"}}; //2＊2的二维string数组
同一维数组一样，在这种定义下，可以不必给出各维的长度定义，各维长度根据所给出的赋值元素自动确定。
3.交错数组
C#支持各个维度长度不同的多维数组，称为交错数组，也称为“数组的数组”。交错数组的定义如下：
data type[][]…arr name=new data type[int length1][int length2]…
这个定义和定义多维数组非常类似，区别在于，交错数组必须单独初始化交错数组每一维中的元素。例如，下面定义一个第一维长度为3的交错数组：
1. int[][]myJaggedArray=new int[3][];
2. myJaggedArray[0]=new int[5];
3. myJaggedArray[1]=new int[4];
4. myJaggedArray[2]=new int[2];
这个交错数组myJaggedArray，每个元素都是一个一维整数数组。第一个元素是由5个整数组成的数组，第二个是由4个整数组成的数组，而第三个是由2个整数组成的数组。
data_type[][]…arr_name=new data_type[][]…
{
new data_type[]{item1,…,new data_type[]itemn}
…
}
这种方式在声明数组的同时进行初始化，同样可以不指定各维的长度，例如：
1. int[][]myJaggedArray=new int[][]
2. {
3. new int[]{1,3,5,7,9},
4. new int[]{0,2,4,6},
5. new int[]{11,22}
6. };
5.1.3 数组基类Array
System.Array类是所有.NET中数组的基类，提供创建、操作、搜索和排序数组的方法，其属性和方法如图5.3所示。
图5.3 System.Array类
Array类常用属性和方法的简单说明，如表5.1所示。
表5.1 Array类常用属性/方法说明
5.1.4 访问数组元素
【本节示例参考：\示例代码\C05\Array_AccessItem】
访问数组的元素包括读取或设置某个元素的值，最基本的方法是通过下标定位元素，另外还可以使用GetValue/SetValue方法。
1.通过下标定位元素
C#中数组对其中的元素进行排序，并从0开始计数，这样每一个元素都会有一个唯一的下标，通过这个下标，就可以定位唯一的一个元素。下面通过示例来说明。
（1）一维数组：
string[]myStrArr={"油", "盐", "酱", "醋", "毛毛熊"};
这里，myStrArr[0]=“油”；myStrArr[4]=“毛毛熊”。如果试图访问超过下标范围的数据，则会出现如下异常：
System.IndexOutOfRangeException: 索引超出了数组界限
（2）多维数组：
string[,] myStrArr2={{"油","盐"},{"《围城》","《晨露》"},{"毛毛熊","Snoopy"}};
定义之后，myStrArr2[0,0]=“油”；myStrArr2[2,1]=“Snoopy”。
（3）交错数组：
1. int[][]myJaggedArray=new int[][]
2. {
3. new int[]{1,3,5,7,9},
4. new int[]{0,2,4,6},
5. new int[]{11,22}
6. };
定义之后则有：myJaggedArray[0][0]=1；myJaggedArray[1][1]=2；myJaggedArray[2][1]=22。
下面的代码可以循环输出所有的交错数组元素。
代码5-2 输出交错数组元素：Default.aspx.cs
1. for(int i=myJaggedArray.GetLowerBound(0);i<=myJaggedArray.GetUpperBound(0);i++)
2. {
3. Console.WriteLine("item{0}",i);
4. for(int j=myJaggedArray[i].GetLowerBound(0);j<=myJaggedArray[i].GetUpperBound(0);j++)
5. {
6. Console.WriteLine(" item{0}{1}:{2}",i,j,myJaggedArray[i][j]);
7. }
8. }
2.使用GetValue/SetValue
GetValue方法定义如下：
public object GetValue(params int[]indices);
其中，多个int型参数indices的含义为下标。方法返回一个object对象，这是C#中所有对象的基类，使用多态性，它可以指向所有的C#对象。下面的代码使用GetValue方法，循环输出一个二维数组所有元素。
代码5-3 使用GetValue输出二维数组元素示例：Default.aspx.cs
1. //定义二维数组
2. string[,]myStrArr2=new string[,]{{"油","盐"},{"《围城》","《晨露》"},{"毛毛熊","Snoopy"}};
3. //循环输出
4. for(int i=myStrArr2.GetLowerBound(0);i<=myStrArr2.GetUpperBound(0);i++)
5. {
6. Console.WriteLine("item{0}",i);
7. for(int j=myStrArr2.GetLowerBound(1);j<=myStrArr2.GetUpperBound(1);j++)
8. {
9. Console.WriteLine(" item{0}{1}:{2}",i,j,myStrArr2.GetValue(i,j));
10. }
11. }
SetValue的功能为数组的某个元素赋值，其定义及参数表同GetValue相似，不作赘述。
5.1.5 转化元素类型
【本节示例参考：\示例代码\C05\ Array_ConvertAll】
定义数组时，需要为其中的元素指定数据类型。有时候，在应用中需要重新转化元素的类型，这可以使用Array对象的CovertAll方法实现：
public static TOutput[] ConvertAll<TInput,TOutput> (TInput[] array,Converter <TInput,TOutput>
converter)
其中，类型参数TInput为源数组元素的类型，TOutput为目标数组元素的类型。参数array为要转换为目标类型的从零开始的一维Array，converter为一个Converter对象，用于将每个元素从一种类型转换为另一种类型。方法的返回值是目标类型的数组，包含从源数组转换而来的元素。
Convert对象表示将对象从一种类型转换为另一种类型的方法，其定义为：
public delegate TOutput Converter<TInput,TOutput>( TInput input)
其中，类型参数TInput为要转换的对象的类型，TOutput为要将输入对象转换到的类型。参数input为要转换的对象。方法的返回值为TOutput，它表示已转换的TInput。
下面的代码示例将一个元素类型为int的数组转化为string类型。
代码5-4 使用ConvertAll转化数据元素类型：Default.aspx.cs
1. protected void Page_Load(object sender,EventArgs e)
2. {
3. //定义一个整数类型的数组，并输出
4. int[]src={1,2,3};
5. Page.Response.Write("<br/>");
6. foreach(int i in src)
7. {
8. Page.Response.Write(i+":"+i.GetType()+"<br/>");
9. }
10.
11. //将整数数组转化为字符串类型，并输出
12. string[]desc=Array.ConvertAll(src,
13. new Converter<int,string>(IntToString));
14. Page.Response.Write("<br/>");
15. foreach(string str in desc)
16. {
17. Page.Response.Write(str+":"+str.GetType()+"<br/>");
18. }
19. }
20.
21. ///<summary>
22. ///Converter委托
23. ///</summary>
24. ///<param name="i">整数类型的数据</param>
25. ///<returns>由输入转化而成的字符串类型数据</returns>
26. public static string IntToString(int i)
27. {
28. return i.ToString();
29. }
代码首先在第3～9行定义了一个整数类型的数组src，并输出其中的元素和数据类型；
第11～13行利用Array类的ConvertAll方法将src转化为字符串类型，方法的第二个参数中使用了一个委托IntToString，其实现在第21～29行。这个委托功能简单，将一个输入的整数参数转化为字符串，并返回。
第14～19行将转化后的字符串数组输出。程序运行结果如图5.4所示。
图5.4 使用ConvertAll方法转化数组元素类型
5.1.6 遍历数组元素
【本节示例参考：\示例代码\C05\ Array_Traverse】
遍历数组是指访问数组中的全部元素一次并且仅一次。可以在遍历的过程中完成许多操作，如查找等。有两种方式可以遍历整个数组，具体如下。
1.使用GetLowerBound/GetUpperBound方法
GetLowerBound方法可以获取数组某一维上的最低下标，而GetUpperBound则可获取其最高下标，利用这两个参数和for语句，可以实现数组的遍历。
public int GetLowerBound (int dimension)
public int GetUpperBound (int dimension)
其中，参数dimension为需要获取上下标的数组维度。
下面的示例实现了对二维数组的遍历。
代码5-5 利用for语句遍历数组示例：Default.aspx.cs
1. //定义二维数组
2. string[,]myStrArr2=new string[,]{{"油","盐"},{"《围城》","《晨露》"},{"毛毛熊","Snoopy"}};
3. //遍历
4. for(int i=myStrArr2.GetLowerBound(0);i<=myStrArr2.GetUpperBound(0);i++)
5. {
6. for(int j=myStrArr2.GetLowerBound(1);j<=myStrArr2.GetUpperBound(1);j++)
7. {
8. //处理每一个元素
9. }
10. }
2.使用foreach
还可以使用更为简便的方法来实现数组的遍历，那就是foreach关键字，这种方法对于处理高维数组尤其方便。foreach语句格式如下：
foreach (data_typt item_name in arr_name)
{
//处理每一个元素
}
注意
foreach语句获取的元素是最深层的元素，因此，无论处理几维的数组，使用一层的foreach循环就可以了。
例如，下面的代码实现同样的二维数组遍历。
代码5-6 利用foreach遍历数组示例：Default.aspx.cs
1. //定义二维数组
2. string[,]myStrArr2=new string[,]{{"油","盐"},{"《围城》","《晨露》"},{"毛毛熊","Snoopy"}};
3. //遍历
4. foreach(string item in myStrArr2)
5. {
6. {
7. //处理每一个元素
8. }
9. }
5.1.7 排序数组元素
【本节示例参考：\示例代码\C05\ Array_Sort】
对数组进行排序是指按照一定的排序规则，如递增或递减规则，重新排列数组中的所有元素。可以使用Array类的Sort方法完成这个功能。Sort方法有多种重载方式，常用的形式如下：
public static void Sort(Array array);
其中，参数array为待排序的数组。下面的示例首先定义了一个数组，含有元素{5,4,3,2,1}，然后利用Sort方法对其排序。
代码5-7 利用Sort排序数组示例：Default.aspx.cs
1. ///<summary>
2. /// 利用Sort方法排序数组
3. ///</summary>
4. public void TestSort()
5. {
6. int[]myArr={5,4,3,2,1}; //定义数组
7.
8. //输出原始数组：原始数组:5->4->3->2->1->
9. Page.Response.Write("原始数组:");
10. for(int i=0;i<myArr.Length;i++)
11. Page.Response.Write(myArr[i]+"->");
12.
13. Array.Sort(myArr); //对数组排序
14.
15. Page.Response.Write("<br/>");
16.
17. //并输出排序后的数组：1->2->3->4->5->
18. Page.Response.Write("排序以后数组:");
19. for(int i=0;i<myArr.Length;i++)
20. Page.Response.Write(myArr[i]+"->");
21. }
有时候需要进行所谓的关键字排序，例如，有两个数组arrSid和arrSname，分别代表一组学生的学号和姓名，如果想要根据学号顺序输出姓名，或反之，都需要使用数组的排序操作，那么，如何把这两个数组联系在一起排序呢？这时就可以使用Sort的下面这种形式进行关键字排序。
public static void Sort(Array keys, Array items);
其中，参数keys代表关键字数组，而items代表另一个数组。利用Sort，下面的代码可实现上述需求。
代码5-8 利用Sort实现数组多关键字排序示例：Default.aspx.cs
1. ///<summary>
2. /// 利用Sort实现数组多关键字排序
3. ///</summary>
4. public void TestSortMultiKey()
5. {
6. //定义数组
7. int[]arrSid={5,4,3,2,1};
8. string[]arrSname={"张三","李四","王五","麻子","淘气"};
9.
10. //输出原始数组：原始数组:张三(5)->李四(4)->王五(3)->麻子(2)->淘气(1)->
11. Page.Response.Write("原始数组:");
12. for(int i=0;i<arrSid.Length;i++)
13. Page.Response.Write(arrSname[i]+"("+arrSid[i]+"->");
14.
15. //根据学号关键字排序
16. Array.Sort(arrSid,arrSname);
17. Page.Response.Write("<br/>");
18.
19. //并输出排序后的数组：淘气(1)->麻子(2)->王五(3)->李四(4)->张三(5)
20. Page.Response.Write("排序以后数组:");
21. for(int i=0;i<arrSid.Length;i++)
22. Page.Response.Write(arrSname[i]+"("+arrSid[i]+"->");
23. }
示例非常简单，输出已经在注释中给出，因此不作详细说明。
5.1.8 查找数组元素
【本节示例参考：\示例代码\C05\ Array_Search】
在数组中查找元素，可以有两种解释：一是从整个数组中寻找到与给定值相同的元素，可以使用Array类的BinarySearch方法完成这个功能；二是判断数组中是否含有一个特定的元素，可以用Contains方法实现。
1.BinarySearch方法
BinarySearch使用二进制搜索算法在一维的排序Array中搜索值，注意必须是已经排序的数组。如果找到给定的值，则返回其下标；否则，返回一个负整数。其常用形式如下：
public static int BinarySearch(Array array,object value);
其中，参数array为待搜索的数组，value为要寻找的元素值。下面的示例首先定义了一个数组，含有元素{5,4,3,2,1}，然后利用BinarySearch方法返回其中的元素3的下标（2）。
代码5-9 利用BinarySearch搜索数组元素示例：Default.aspx.cs
1. ///<summary>
2. /// 利用BinarySearch二分搜索
3. ///</summary>
4. void TestBinarySearch()
5. {
6. //定义数组
7. int[]myArr={5,4,3,2,1};
8.
9. //利用Sort排序
10. Array.Sort(myArr);
11.
12. //利用BinarySearch二分搜索
13. int target=3;
14. int result=Array.BinarySearch(myArr,target);//2
15. Page.Response.Write(target+"的下标为"+result+"<br/>"); //2
16. }
2.Contains方法
Contains方法可以确定某个特定值是否包含在数组中，返回一个bool值。Array类的这个方法实际上是对IList接口中方法的实现，其常用形式为：
bool IList.Contains(object value);
其中，参数value代表所要验证的元素值，下面的示例判断学生数组arrSname中是否包含“王五”。
代码5-10 利用Contains判断数组是否包含某个元素：Default.aspx.cs
1. ///<summary>
2. /// 利用Contains方法检查是否包含某个元素
3. ///</summary>
4. void TestContains()
5. {
6. //定义数组
7. string[]arrSname={"张三","李四","王五","麻子","淘气"};
8.
9. //判断是否含有某值
10. string target="王五";
11. bool result=((System.Collections.IList)arrSname).Contains(target);
12. Page.Response.Write("是否包含"+target+"="+result+"<br/>"); //true
13. }
可以看到，在使用Contains方法时，需要首先将数组转换为IList（队列集合）对象。这是因为，本质上，数组是一种特殊的集合对象，因此可以把它转换为一个集合对象。对于集合，将在下一章中对其进行详细的讨论。
5.1.9 反转数组元素
【本节示例参考：\示例代码\C05\ Array_Reverse】
反转数组是指将一维数组中的全部或部分元素的顺序，按照其逆序重新排列。可以使用Array类的Reverse静态方法完成这个功能。其常用的形式为：
public static int Reverse(Array array);
public static int Reverse(Array array,int index, int length);
其中，参数index指定所要反转元素的起始下标，而length指定所要反转的元素个数。
第一个重载形式可以反转整个数组元素，参数array为待反转的数组。下面的示例首先定义了一个数组，含有元素{5,4,3,2,1}，然后利用Reverse方法进行反转。
代码5-11 利用Reverse反转数组示例：Default.aspx.cs
1. ///<summary>
2. /// 利用Reverse方法反转数组
3. ///</summary>
4. public void TestReverse()
5. {
6. //定义数组
7. int[]myArr={5,4,3,2,1};
8.
9. //输出原始数组：原始数组:5->4->3->2->1->
10. Page.Response.Write("原始数组：");
11. for(int i=0;i<myArr.Length;i++)
12. Page.Response.Write(myArr[i]+"，");
13.
14. Page.Response.Write("<br/>");
15.
16. //对数组反转
17. Array.Reverse(myArr);
18.
19. //并输出反转后的数组：1->2->3->4->5->
20. Page.Response.Write("反转以后数组：");
21. for(int i=0;i<myArr.Length;i++)
22. Page.Response.Write(myArr[i]+"，");
23. }
5.1.10 复制数组
【本节示例参考：\示例代码\C05\ Array_Copy】
复制数组可以得到一个和原数组完全一样的新数组，可以用Array的Copy或CopyTo方法来实现。
1.Copy方法
在使用Copy方法进行数组复制操作之前，必须首先为新的数组分配空间，然后再通过复制操作向新的数组空间中填入元素值。静态方法Copy的常用重载形式为：
public static void Copy(Array sourceArray,Array destinationArray,int length);
其中，参数sourceArray为源数组，destinationArray为目标数组，而length为要复制的元素数目，默认的复制操作从第一个元素开始。下面的示例首先定义了一个数组，含有元素{5,4,3,2,1}，然后利用Copy方法获取一个新的数组，包含了源数组的前3项。
代码5-12 利用Copy复制数组示例：Default.aspx.cs
1. ///<summary>
2. /// 利用Copy静态方法复制数组
3. ///</summary>
4. public void TestCopy()
5. {
6. //定义数组
7. int[]myArr={5,4,3,2,1};
8.
9. //输出原始数组：原始数组:5，4，3，2，1，
10. Page.Response.Write("原始数组：");
11. for(int i=0;i<myArr.Length;i++)
12. Page.Response.Write(myArr[i]+"，");
13. Page.Response.Write("<br/>");
14.
15. //复制数组
16. int[]newArr=new int[3];
17. Array.Copy(myArr,newArr,3);
18.
19. //并输出反复制的数组：5，4，3，
20. Page.Response.Write("复制数组：");
21. for(int i=0;i<newArr.Length;i++)
22. Page.Response.Write(myArr[i]+"，");
23. }
注意
在使用Copy进行复制数组之前，必须要首先定义一个新的数组，并对其分配空间。另外，还需保证所分配的空间足够容纳所要复制的元素。否则在复制时将出现异常：“System.ArgumentException：目标数组的长度不够”。
2.CopyTo方法
CopyTo和Copy方法的功能类似，但它是一个实例方法，即需要在数组对象上引用。另外，它只能复制源数组所有的元素，并可以控制元素在目标数组中存放的起始位置。其常用重载形式为：
public virtual void CopyTo( Array array, int index);
其中，参数array代表所要复制的目标数组，index则表示开始复制的元素下标。下面的代码实现对源数组的复制，并从第3个位置开始存放。
代码5-13 利用CopyTo复制数组示例：Default.aspx.cs
1. ///<summary>
2. /// 利用CopyTo静态方法复制数组
3. ///</summary>
4. public void TestCopyTo()
5. {
6. //定义数组
7. int[]myArr={5,4,3,2,1};
8.
9. //输出原始数组：原始数组:5，4，3，2，1，
10. Page.Response.Write("原始数组：");
11. for(int i=0;i<myArr.Length;i++)
12. Page.Response.Write(myArr[i]+"，");
13. Page.Response.Write("<br/>");
14.
15. //复制数组
16. int[]newArr=new int[7];
17. myArr.CopyTo(newArr,2);
18.
19. //并输出复制的数组：0，0，5，4，3，2，1，
20. Page.Response.Write("复制数组：");
21. for(int i=0;i<newArr.Length;i++)
22. Page.Response.Write(newArr[i]+"，");
23. }
另外，从输出结果还可以看到，在初始化int型数组时，其默认值为0。
5.2 集合
上面介绍的数组常常用来实现静态的操作，即不改变其空间大小，如查找、遍历等。数组也可以实现动态的操作，如插入、删除等，但不推荐使用，而应尽量使用本节介绍的集合来代替。
5.2.1 什么是集合
集合是指一组类似的对象。在.NET中，任意类型的对象都可以放入一个集合中。.NET中的集合类存在于System.Collections命名空间中，其常用的类和结构如图5.5所示。
图5.5 System.Collections命名空间常用类和结构
从图5.5中可以看出，System.Collections空间中的集合种类众多，主要包括如下。
1.一般集合
一般集合是常见的集合数据结构，包括哈希表、队列、堆栈、字典和列表等。对于这些集合的详细含义，读者可参考数据结构方面的资料，本书不作详细介绍，简单说明如下：
（1）列表（ArrayList）：一个一维的动态数组，可以装载一组相似的数据元素。
（2）队列（Quene）：先进先出的列表。
（3）堆栈（Stack）：先进后出的列表。
（4）哈希表（Hashtable）：集合中的每个元素都是一个<键（key），值（value）>对的列表。
（5）字典（DictionaryEntry）：一个<键（key），值（value）>对。
2.专用集合
专用集合是具有特定用途的集合，如StringCollection类，其元素只能为String对象。
3.位集合
位集合的元素为位标志，每个元素都是一位，而不是一个对象，常用于操作数只包含1、0的集合。
5.2.2 列表类ArrayList
System.Collections.ArrayList类实现了可变大小的一维数组，其常用属性和方法如图5.6所示。
图5.6 ArrayList类的属性和方法
ArrayList类常用属性和方法的简单说明，如表5.2所示。
表5.2 ArrayList类常用属性/方法说明
下面各节，将详细介绍其中最常用的方法。
5.2.3 创建列表
【本节示例参考：\示例代码\C05\ArrayList_Create】
利用ArrayList的构造函数来创建一个新的列表，常用的形式如下：
public ArrayList();
public ArrayList(int capacity);
参数capacity可以指定所创建列表的初始容量。如果不指定，则初始容量为.NET的默认值16。下面的代码创建了两个列表对象：
ArrayList arr1=new ArrayList();
ArrayList arr2=new ArrayList(100);
其中，arr1的初始容量为16，arr2为100。目前，两者里面都是空的，没有任何元素。随着操作的进行，当列表中的元素达到其最大容量时，列表将自动将其容量增加1倍。另外，如果想要使用ArrayList，首先需要在代码头部引入命名空间：
using System.Collections;
5.2.4 遍历列表
【本节示例参考：\示例代码\C05\ArrayList_Traverse】
1.使用foreach语句
遍历列表是指访问列表中的所有元素一遍，可以使用foreach语句完成这个功能。下例使用foreach输出列表arr1中的所有元素。
代码5-14 使用foreach遍历列表示例：Default.aspx.cs
1. ///<summary>
2. /// 利用Foreach语句遍历集合
3. ///</summary>
4. void TestForeach()
5. {
6. ArrayList arr1=new ArrayList();
7.
8. //循环添加元素0～9
9. for(int i=0;i<10;i++)
10. arr1.Add(i);
11.
12. //使用foreach遍历数组，输出所有元素
13. foreach(object item in arr1)
14. {
15. Page.Response.Write(item+"<br/>");
16. }
17. }
2.使用GetEnumerator方法
除了foreach之外，还可以使用ArrayList的GetEnumerator方法实现列表的遍历。其形式为：
public virtual IEnumerator GetEnumerator();
该方法返回整个ArrayList的枚举对象IEnumerator。这个对象可以得到一个集合对象的所有元素，其最主要的属性为Current，用于获取集合中的当前元素。
主要的方法包括：
MoveNext：将枚举推进到集合的下一个元素。在传递到集合的末尾之后，枚举数放在集合中最后一个元素后面，且调用MoveNext会返回false。
Reset：将枚举设置为其初始位置，该位置位于集合中第一个元素之前。
下面的代码使用GetEnumerator实现上面foreach同样的列表遍历功能。
代码5-15 使用GetEnumerator遍历列表示例：Default.aspx.cs
1. ///<summary>
2. /// 利用GetEnumerator遍历数组
3. ///</summary>
4. void TestGetEnumerator()
5. {
6. ArrayList arr1=new ArrayList();
7.
8. //循环添加元素0～9
9. for(int i=0;i<10;i++)
10. arr1.Add(i);
11.
12. //使用GetEnumerator遍历数组
13. System.Collections.IEnumerator enm=arr1.GetEnumerator();
14. while(enm.MoveNext())
15. {
16. Page.Response.Write(enm.Current+"<br/>");
17. }
18. }
注意
最初，枚举数被定位于集合中第一个元素的前面。此时，调用Current会引发异常。因此在读取Current的值之前，必须调用MoveNext将枚举数提前到集合的第一个元素。
5.2.5 添加元素
【本节示例参考：\示例代码\C05\ArrayList_Add】
可以通过ArrayList的Add和AddRange方法，实现向一个列表中添加数据。两者的区别在于：Add一次只能添加一个元素，而AddRange一次可以添加多个元素，这多个元素需要放在一个集合或数组中。两者常用的形式如下：
public int Add(object value);
public void AddRange(ICollection c);
下面的示例中，首先定义了一个列表arr1，然后使用Add方法，向arr1中添加了两个元素，其中第一个为字符串对象“Hello”，第二个为一个整数对象1。
然后分别定义了两个列表arr2、arr3，并分别使用Add和AddRange方法试图将arr1中的所有数据都添加到arr2、arr3中。从结果中可以看出，只有使用AddRange才能实现这个目的，而使用Add方法则可以得到一个二维数组，第一维的元素为arr1。
代码5-16 向ArrayList中添加元素示例：Default.aspx.cs
1. ArrayList arr1=new ArrayList();
2.
3. //向arr1中添加一个字符串对象“Hello”
4. object item=new object();
5. item="Hello";
6. arr1.Add(item); //arr1：{"Hello"}
7. //向arr1中添加一个整数对象1
8. item=1;
9. arr1.Add(item); //arr1：{"Hello",1}
10.
11. //向另一个列表中添加arr1中的所有元素
12. ArrayList arr2=new ArrayList();
13. arr2.Add(arr1); //arr2只有一个元素：{arr1}={{“Hello",1}}
14.
15. ArrayList arr3=new ArrayList();
16. arr3.AddRange(arr1); //arr3：{"Hello",1}
Add和AddRange方法只能将元素添加到列表的末尾，如果想要在列表的任意位置添加元素，则需要使用Insert方法。
5.2.6 插入元素
【本节示例参考：\示例代码\C05\ArrayList_Insert】
如前面所述，使用ArrayList的Insert和InsertRange方法，可以实现向一个列表中的任意位置添加数据。这两者的区别同Add与AddRange的区别类似，Insert一次只能添加一个元素，而InsertRange一次可以添加某个集合中的多个元素。两者常用的形式分别如下：
public int Insert(int index, object value);
public void InsertRange(int index, ICollection c);
其中，参数index指定元素所要插入的位置，从0开始索引。下面的示例中，首先定义了一个列表arr1，然后使用Add方法，向arr1中添加了两个元素，其中第1个为字符串对象“Hello”，第2个为一个整数对象1。然后，在两者之间插入一个整数型数组元素{1,2,3}。
代码5-17 向ArrayList中插入元素示例：Default.aspx.cs
1. ArrayList arr1=new ArrayList();
2.
3. //向arr1中添加一个字符串对象“Hello”
4. object item=new object();
5. item="Hello";
6. arr1.Add(item); //arr1：{"Hello"}
7. //向arr1中添加一个整数对象1
8. item=1;
9. arr1.Add(item); //arr1：{"Hello",1}
10.
11. //插入一个数组元素arr2
12. int[]arr2=new int[]{1,2,3};
13. arr1.Insert(1,arr2);
使用Insert方法把arr2插入在位置1后，arr1的结果如图5.7所示。可以看出，arr1的长度为3，下标1处的元素为数组arr2，里面又包括了3个整数元素。
图5.7 使用Insert后的arr1结果
如果把代码第13行的Insert改为InsertRange，则将会把数组中的所有元素插入到arr1中，而不是数组本身，结果将如图5.8所示。
图5.8 使用InsertRange后的arr1结果
5.2.7 删除元素
【本节示例参考：\示例代码\C05\ArrayList_Delete】
ArrayList中支持删除元素的方法分别如下：
public void Remove(object obj);
该方法用于删除数组中特定对象obj的第一个匹配项。参数obj为要从ArrayList移除的Object。
public void RemoveAt(int index);
该方法用于移除ArrayList的指定索引处的元素。参数index为要移除的元素的从0开始的索引。
public void RemoveRange(int index,int count);
该方法用于从ArrayList中移除一定范围的元素。参数index为要移除元素的起始索引（从0开始计数），参数count为要移除的元素数。
下面的示例中，首先定义了一个列表arr1，使用Add方法添加进10个元素（整数0～9），然后分别使用上面的3种方法，分别删除掉元素3、元素5，以及元素{7, 8, 9}。
代码5-18 从ArrayList中删除元素示例：Default.aspx.cs
1. ArrayList arr1=new ArrayList();
2.
3. //循环添加元素1～9
4. for(int i=0;i<10;i++)
5. arr1.Add(i);
6.
7. //使用Remove()，删除掉3
8. arr1.Remove(3);
9.
10. //使用RemoveAt()，删除掉5，注意：此时，元素5的下标为？
11. arr1.RemoveAt(4);
12.
13. //使用RemoveRange()，一次删除掉7、8、9，注意，元素7的下标为？
14. arr1.RemoveRange(5,3);
5.2.8 简单排序
【本节示例参考：\示例代码\C05\ArrayList_SimpleSort】
对集合元素进行排序也是非常重要的操作之一，许多进一步的操作可以在排序的基础上进行，例如二分查找等。ArrayList使用Sort方法来实现排序功能，其常用形式如下：
public virtual void Sort();
该形式可以对整个ArrayList中的元素进行排序。
下例简单使用了无参数的Sort方法，对一个列表中的元素进行排序。这时，默认的排序策略为非递减排序。
代码5-19 使用Sort方法对列表排序示例：Default.aspx.cs
1. ///<summary>
2. /// 利用Sort方法进行排序
3. ///</summary>
4. public void TestSort()
5. {
6. ArrayList arr1=new ArrayList();
7.
8. //循环添加元素5～1
9. for(int i=5;i>0;i--) //arr1:{5,4,3,2,1}
10. arr1.Add(i);
11.
12. //使用Sort()，实现简单的非递减排序
13. arr1.Sort(); //arr1:{1,2,3,4,5}
14. }
5.2.9 复杂排序
【本节示例参考：\示例代码\C05\ArrayList_ComplexSort】
有时需要进行更为复杂的排序操作。例如，利用逆向比较策略（即1>2策略）进行排序等。这时需要首先利用IComparer接口实现一个具体的比较策略，然后再利用Sort方法进行排序，所用到的Sort方法形式如下：
public virtual void Sort(IComparer comparer);
该方法使用指定的比较策略对整个ArrayList中的元素进行排序。其中，参数comparer为比较元素时要使用的比较策略，是对接口IComparer的实现。
下例中，首先利用IComparer接口方法，实现一个逆向比较策略类。IComparer中包含一个Compare接口，需要对这个接口进行实现，返回一个整数值来表示两个待比较对象x、y的大小关系。正数表示x>y；0表示x= =y；负数表示x<y。
代码5-20 使用Compare方法实现逆比较示例：Default.aspx.cs
1. public class myReverserClass:IComparer
2. {
3. //实现IComparer接口的Compare方法，实现逆比较
4. int IComparer.Compare(Object x,Object y)
5. {
6. if(Convert.ToInt32(x)>Convert.ToInt32(y))
7. return-1;
8. else if(Convert.ToInt32(x)==Convert.ToInt32(y))
9. return 0;
10. else
11. return 1;
12. }
13. }
然后，便可以使用这个比较器，结合Sort方法进行逆排序，如下所示：
1. ArrayList arr1=new ArrayList();
2.
3. //循环添加元素1～5
4. for(int i=1;i<6;i++) //arr1:{1,2,3,4,5}
5. arr1.Add(i);
6.
7. //使用逆比较策略，实现逆排序
8. IComparer myComparer=new myCompareReverse();
9. arr1.Sort(myComparer); //arr1:{5,4,3,2,1}
另外，当需要对数组中的某一部分进行排序时，可以使用Sort的如下形式：
public virtual void Sort(int index,int count,IComparer comparer);
这里使用指定的比较策略对部分ArrayList中的元素进行排序。参数index为要排序的起始索引，count为要排序的范围的长度，comparer为比较元素时要使用的比较策略，是对接口IComparer的实现。
5.2.10 查找元素
【本节示例参考：\示例代码\C05\ArrayList_Search】
在集合中对特定元素的查找也是常用的操作之一，ArrayList提供了二分查找的方法BinarySearch，可以在O(logn)时间复杂度内完成查找，其常用形式如下：
public virtual int BinarySearch(object value);
在整个已排序的ArrayList中搜索元素，并返回该元素从0开始的索引。
代码5-21首先使用默认的非递增简单排序方法对一个列表中的元素进行排序，然后使用BinarySearch方法搜索其中的特定元素，并输出其索引。
代码5-21 使用BinarySearch方法查找元素示例：Default.aspx.cs
1. ArrayList arr1=new ArrayList();
2.
3. //循环添加元素10～1
4. for(int i=0;i<10;i++)
5. arr1.Add(10-i);
6.
7. //使用BinarySearch，查找元素7，并输出
8. arr1.Sort(); //首先需要进行排序
9. int idx=arr1.BinarySearch(7);
10. Page.Response.Write("arr["+idx+"]=7");//arr[6]=7
如果使用指定的排序策略对集合中的元素进行排序之后，相应地，也可以使用同样的排序策略，结合BinarySearch方法实现元素的查找。这时，其形式为：
public virtual int BinarySearch(object value,IComparer comparer);
此时，将使用指定的比较器在整个已排序的ArrayList中搜索元素，并返回该元素从0开始的索引。参数value为要查找的元素，而Icomparer为指定的比较策略，可参考5.2.9节相关内容。
5.3 队列
上一节介绍了集合中的列表类ArrayList，下面介绍一个特殊的列表——队列。
5.3.1 什么是队列
队列实际上是一种特殊的列表。它对列表的操作进行了限制，要求列表中的元素必须满足先进先出的原则，这类似于现实生活中的排队，如图5.9所示。
图5.9 队列示意图
说明
队列及后面所介绍的堆栈等，都是非常重要的数据结构，掌握它们的思想及典型应用，在程序设计中具有重要的作用。但是，本书将不从程序设计的层次讨论Queue类的应用，而仅从集合操作的层次进行讨论。如果读者不了解数据结构的内容，笔者强烈建议补充一下这方面的知识。
5.3.2 队列类Queue
Queue类常用属性和方法如图5.10所示。
图5.10 Queue类的属性和方法
Queue类最主要的方法为入队操作Enqueue和出队操作Dequeue，分别完成在队列尾的添加新元素操作和在队列头的删除元素操作。其他Queue支持的方法，如遍历、清空等，和ArrayList类似，这里不作赘述。
5.3.3 创建队列
【本节示例参考：\示例代码\C05\Queue_Create】
利用Queue的构造函数来创建一个新的队列，常用的形式包括：
public Queue ();
public Queue (int capacity);
public Queue( int capacity, float growFactor);
参数capacity可以指定所创建列表的初始容量，如果不指定，则初始容量为.NET的默认值32。而参数growFactor则指定当队列满后容量的增长率，新容量等于当前容量与growFactor的乘积，默认值为2.0。下面的代码创建了3个队列对象：
Queue queue1=new Queue();
Queue queue2=new Queue(100);
Queue queue3=new Queue(100,1.5f);
其中，queue1的初始容量为32，queue2为100。目前，两者里面都是空的，没有任何元素。随着操作的进行，当列表中的元素达到其最大容量时，列表将自动增长至200。而对于queue3，其初始容量为100，当列表中的元素达到其最大容量时，列表将自动增长至150。
与ArrayList一样，如果想要使用Queue，首先需要在代码头部引入命名空间：
using System.Collections;
5.3.4 元素入队
【本节示例参考：\示例代码\C05\Queue_Enqueue】
可以通过Queue的Enqueue，实现一个元素的入队操作，其形式如下：
public virtual void Enqueue(object obj);
下面的示例中，首先定义了一个队列queue1，然后使用Enqueue方法，向其中添加了3个元素，其中第1个为字符串对象“Hello”，第2个为一个整数对象1，第3个为整数型数组arr1。
代码5-22 使用Enqueue元素入队示例：Default.aspx.cs
1. Queue queue1=new Queue();
2.
3. //字符串："Hello"入队
4. object item=new object();
5. item="Hello";
6. queue1.Enqueue(item);
7. //整数：1入队
8. item=1;
9. queue1.Enqueue(item);
10. //数组：arr1={1,2,3}入队
11. int[]arr1=new int[]{1,2,3};
12. queue1.Enqueue(arr1);
队列中的元素如图5.11所示。
图5.11 队列入队示例
5.3.5 元素出队
【本节示例参考：\示例代码\C05\Queue_Dequeue】
与Enqueue相反，可以通过Queue的Dequeue实现一个元素的出队操作，其形式如下：
public virtual object Dequeue();
下面的示例中，首先定义了一个队列queue1，然后使用Enqueue方法，依次入队3个元素。然后再使用Dequeue方法，输出所有的元素。注意，这个输出的顺序和入队的顺序是一致的。
代码5-23 使用Dequeue元素出队示例：Default.aspx.cs
1. Queue queue1=new Queue();
2.
3. //依次入队："Hello"、1、{1,2,3}
4. queue1.Enqueue("Hello");
5. queue1.Enqueue(1);
6. queue1.Enqueue(new int[]{1,2,3});
7.
8. //通过出队操作，输出队列中的所有元素，这个顺序，与入队的顺序一致
9. object outItem=new object();
10. while(queue1.Count>0)
11. {
12. outItem=queue1.Dequeue();
13. Page.Response.Write(outItem+"<br/>");
14. }
此时，代码输出的结果应与图5.11所示相同。
5.4 堆栈
上面介绍了具有先入先出特征的队列，下面继续介绍另一种具有先入后出特征的集合对象：堆栈。
5.4.1 什么是堆栈
与Queue一样，System.Collections.Stack实际上也是一种操作受限的列表，它要求列表中的元素必须满足先进后出的原则，如图5.12所示。
图5.12 堆栈示意图
5.4.2 堆栈类Stack
Stack类常用属性和方法如图5.13所示。其中，最主要的方法为入栈操作Push和出栈操作Pop，分别完成在堆栈的顶部添加和删除元素的操作。其他Stack支持的方法，如遍历、清空等，和ArrayList类似。
图5.13 Stack类的属性和方法
5.4.3 创建堆栈
【本节示例参考：\示例代码\C05\Stack_Create】
利用Stack的构造函数来创建一个新的堆栈，常用的形式包括：
public Stack ();
public Stack (int capacity);
参数capacity可以指定所创建列表的初始容量。如果不指定，则初始容量为.NET的默认值10。当堆栈中的元素达到其最大容量时，其容量将自动增加一倍。下面的代码创建了两个堆栈对象：
Stack Stack1=new Stack();
Stack Stack2=new Stack(100);
其中，Stack1的初始容量为10，Stack2为100。同ArrayList、Queue一样，如果想要使用Stack，首先需要在代码头部引入命名空间：
using System.Collections;
5.4.4 元素入栈
【本节示例参考：\示例代码\C05\Stack_Push】
可以通过Stack的Push，实现一个元素的入栈操作，其形式如下：
public virtual void Push(object obj);
下面的示例中，首先定义了一个堆栈Stack1，然后使用Push方法，向其中添加了3个元素，其中第1个为字符串对象“Hello”，第2个为一个整数对象1，第3个为整数型数组arr1。
代码5-24 使用Push元素入栈示例：Default.aspx.cs
1. Stack stack1=new Stack();
2.
3. //字符串："Hello"入栈
4. object item=new object();
5. item="Hello";
6. stack1.Push(item);
7. //整数：1入栈
8. item=1;
9. stack1.Push(item);
10. //数组：arr1={1,2,3}入栈
11. int[]arr1=new int[]{1,2,3};
12. stack1.Push(arr1);
堆栈中的元素是如何存放的？把堆栈假想为一个盛放油饼的框子，那么“Hello”这张饼被压在最下面，整数1在中间，数组{1，2，3}在框子的最上面，效果如图5.14所示。
图5.14 堆栈出栈示例
5.4.5 元素出栈
【本节示例参考：\示例代码\C05\Stack_Pop】
与Push相反，可以通过Stack的Pop实现一个元素的出栈操作，其形式如下：
public virtual object Pop();
在下面的示例中，首先定义了一个堆栈Stack1，然后使用Push方法，依次入队3个元素。再使用Pop方法，输出所有的元素。这个输出的顺序和入队的顺序是相反的。
代码5-25 使用Pop元素出栈示例：Default.aspx.cs
1. Stack stack1=new Stack();
2.
3. //依次入栈："Hello"、1、{1,2,3}
4. stack1.Push("Hello");
5. stack1.Push(1);
6. stack1.Push(new int[]{1,2,3});
7.
8. //利用Pop方法，循环输出stack1中所有的元素，注意，输出的顺序与入栈的顺序是相反的
9. object outItem=new object();
10. while(stack1.Count>0)
11. {
12. outItem=stack1.Pop();
13. Response.Write(outItem+"<br/>");
14. }
此时，代码输出的结果应与图5.14相同，就像从框子中把油饼逐个取出一样。
承上启下
■ 学完本章后，读者需要回答：
1.什么是数组？.NET基础类库中的System.Array和数组是什么关系？
2.能够使用数组完成以下操作。
（1）元素访问：GetValue
（2）转化类型：ConvertAll
（3）遍历数组：foreach
（4）排序数组：Sort
（5）查找元素：BinarySearch/Contains
（6）反转数组：Reverse
（7）复制数组：Copy/CopyTo
3.C#中的集合命名空间包括哪些类？
4.能够使用ArrayList类完成以下操作。
（1）添加元素：Add/AddRange
（2）插入元素：Insert/InsertRange
（3）删除元素：Remove/RemoveAt/RemoveRange
（4）排序元素：Sort
（5）查找元素：BinarySeach
5.Queue类和Stack类的特点是什么？如何实现队列及堆栈的以下操作。
（1）入队：Enqueue
（2）出队：Dequeue
（3）入栈：Push
（4）出栈：Pop
■ 在下一章中，读者将会了解：
1.利用VS.NET开发环境寻找语法错误和逻辑错误的技术。
2.利用Exception类和try-catch来捕捉程序异常的技术。
3.异常执行的先后顺序。