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  • C#教程之数据结构之Array、ArrayList、List、LinkedList对比分析

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https://www.xin3721.com/eschool/CSharpxin3721/

一、前言:

  在c#数据结构中,集合的应用非常广泛,无论是做BS架构还是CS架构开发,都离不开集合的使用,比如我们常见的集合包括:Array、ArrayList、List、LinkedList等。这一些数据集合,在功能上都能够实现集合的存取,但是他们内部有什么区别,在使用时需要注意一些什么呢?下面根据个人的经验,对这一些集合数据的使用做一个简单的小结,如果说的不对的地方,欢迎指出,多多交流改进。

二、Array集合简介

  Array集合,也就是数组,是最简单的数据结构,其存储的数据在内存空间是连续的,数组有一下一些特点

  • 1.数据存储是连续的
  • 2.数组长度在定义时就必须制定
  • 3.数组存储的数据类型都是同一类型
  • 4.数组可以直接通过小标访问

  优缺点:
   优点:
  1、可以根据索引直接访问,访问速度快
   2、数据是安全的,由于数据类型一致性,在存储使用过程中不涉及
  缺点:
  1、由于数据是连续存储的,导致插入效率变慢
    2、由于数组长度大小固定,那么对预期非固定长度的数字不好处理

  练习实例代码:

 

复制代码
    /// <summary>
    /// 数组练习操作 
    /// </summary>
    public class ArrayTest
    {
        /// 数组 Array 对于大家来说一点都不陌生
        /// 数组是在内存连续分配的存储空间,这也导致数组有一下一些特点
        /// 1.数据存储是连续的
        /// 2.数组长度在定义时就必须制定
        /// 3.数组存储的数据类型都是同一类型
        /// 4.数组可以直接通过小标访问
        /// 
        /// 优缺点:
        /// 优点:
        ///     1、可以根据索引直接访问,访问速度快
        ///     2、数据是安全的,由于数据类型一致性,在存储使用过程中不涉及到装箱拆箱操作
        /// 缺点:
        ///     1、由于数据是连续存储的,导致插入效率变慢
        ///     2、由于数组长度大小固定,那么对预期非固定长度的数字不好处理

        /// int类型的数组操作 
        public static void IntArrayTest()
        {

            //// 定义一个秒表,执行获取执行时间
            Stopwatch st = new Stopwatch();//实例化类
            st.Start();//开始计时

            Console.WriteLine("开始初始化长度为10000000的int数组:");

            //// 定义一个数组
            int[] nums = new int[10000000];
            for (int i = 0; i < 10000000; i++)
            {
                nums[i] = 1 + 1;
            }

            //需要统计时间的代码段

            st.Stop();//终止计时
            Console.WriteLine(string.Format("初始化长度为10000的int数组完毕!总耗时{0}毫秒", st.ElapsedMilliseconds.ToString()));
        }
    }
复制代码

 

三、ArrayList集合简介

ArrayList 是Array的升级版,能够解决Array的一些缺点
ArrayList其内部实现也是Array,只是其长度是可以动态,在其内部用一个变量记录控制长度,ArrayList有如下一些特点

  • 1.长度不固定
  • 2.可以存储不同的数据类型(object)
  • 3.同样支持索引查询(可以直接通过小标访问)
  • 4.灵活性更强,以牺牲性能为代价

优缺点:
优点:
1、长度不固定,在定义是不必担长度溢出
2、可以存储任意数据类型
3、可根据索引查询,查询效率快
缺点:
1、由于长度不固定,执行效率低下,因为超出默认长度(10)后,会自动扩容拷贝数据,牺牲性能
2、由于存储类型是object,所以在存数据时会有装箱操作,在取数据时会有拆箱操作,影响效率
3、线程不安全,因为其内部实现是用size、array来共同控制,在新增操作时是非原子操作,所以非安全线程

使用技巧:
在实际使用过程中,为了避免自动扩容,可以预估数据长度,初始化一个数据长度,从而提高效率

练习实例代码:

复制代码
    /// <summary>
    /// ArrayList数组练习操作 
    /// </summary>
    public class ArrayListTest
    {
        /// ArrayList 是Array的升级版,能够解决Array的一些缺点
        /// ArrayList其内部实现也是Array,只是其长度是可以动态,在其内部用一个变量记录控制长度,ArrayList有如下一些特点
        /// 1.长度不固定
        /// 2.可以存储不同的数据类型(object)
        /// 3.同样支持索引查询(可以直接通过小标访问)
        /// 4.灵活性更强,以牺牲性能为代价

        /// 优缺点:
        /// 优点:
        ///     1、长度不固定,在定义是不必担长度溢出
        ///     2、可以存储任意数据类型
        ///     3、可根据索引查询,查询效率快
        /// 缺点:
        ///     1、由于长度不固定,执行效率低下,因为超出默认长度(10)后,会自动扩容拷贝数据,牺牲性能
        ///     2、由于存储类型是object,所以在存数据时会有装箱操作,在取数据时会有拆箱操作,影响效率
        ///     3、线程不安全,因为其内部实现是用size、array来共同控制,在新增操作时是非原子操作,所以非安全线程
        ///     
        /// 使用技巧:
        ///     在实际使用过程中,为了避免自动扩容,可以预估数据长度,初始化一个数据长度,从而提高效率

        /// ArrayList操作实例
        public static void ArrayListOpert()
        {

            //// 定义一个秒表,执行获取执行时间
            Stopwatch st = new Stopwatch();//实例化类

            //// 需要统计时间的代码段(统计初始化长度时的执行时间)
            st.Start();//开始计时
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("ArryList集合存储数据量为10000000,初始化一个长度,执行开始:");

            ArrayList arrayList = new ArrayList(10000000);

            //// 定义一个数组
            for (int i = 0; i < 10000000; i++)
            {
                arrayList.Add(1 + 1);
            }

            st.Stop();//终止计时
            Console.WriteLine(string.Format("ArryList集合存储数据量为10000000,初始化一个长度,执行完毕:!总耗时{0}毫秒", st.ElapsedMilliseconds.ToString()));

            //// 需要统计时间的代码段(统计初始化非指定长度时的执行时间)

            st.Restart();
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("ArryList集合存储数据量为10000000,初始化不指定长度,执行开始:");

            arrayList = new ArrayList();

            //// 定义一个数组
            for (int i = 0; i < 10000000; i++)
            {
                arrayList.Add(1 + 1);
            }

            st.Stop();//终止计时
            Console.WriteLine(string.Format("ArryList集合存储数据量为10000000,初始化不指定长度,执行完毕:!总耗时{0}毫秒", st.ElapsedMilliseconds.ToString()));
        }
    }
复制代码

 

四、List集合简介

 

随着c#泛型的推出,为了避免ArrayList一些缺点,微软推出了List集合
List集合内部还是采用的Array实现,同时在定义时需要指定对应的数据类型
这样级保留了Array集合的优点,同时也避免了ArrayList集合的数据类型不安全和装箱带来的性能牺牲
List特点:

  • 1、数据长度不固定,自动增加
  • 2、存储相同的数据类型
  • 3、可根据索引查询,查询效率快

优缺点:
优点:
1、长度不固定,在定义是不必担长度溢出
2、存储相同数据类型的数据,避免的数据的装箱拆箱,提高了数据处理效率
3、支持索引查询,查询效率快
缺点:
1、由于长度不固定,执行效率低下,因为超出默认长度(10)后,会自动扩容拷贝数据,牺牲性能
2、线程不安全,因为其内部实现是用size、array来共同控制,在新增操作时是非原子操作,所以非安全线程

 

练习实例代码:

复制代码
   /// <summary>
    /// List练习操作
    /// </summary>
    public class ListTest
    {
        /// 随着c#泛型的推出,为了避免ArrayList一些缺点,微软推出了List集合
        /// List集合内部还是采用的Array实现,同时在定义时需要指定对应的数据类型
        /// 这样级保留了Array集合的优点,同时也避免了ArrayList集合的数据类型不安全和装箱带来的性能牺牲
        /// List特点:
        /// 1、数据长度不固定,自动增加
        /// 2、存储相同的数据类型
        /// 3、可根据索引查询,查询效率快
        /// 
        /// 优缺点:
        /// 优点:
        ///     1、长度不固定,在定义是不必担长度溢出
        ///     2、存储相同数据类型的数据,避免的数据的装箱拆箱,提高了数据处理效率
        ///     3、支持索引查询,查询效率快
        /// 缺点:
        ///     1、由于长度不固定,执行效率低下,因为超出默认长度(10)后,会自动扩容拷贝数据,牺牲性能
        ///     2、线程不安全,因为其内部实现是用size、array来共同控制,在新增操作时是非原子操作,所以非安全线程

        /// ArrayList操作实例
        public static void ListOpert()
        {
            //// 定义一个秒表,执行获取执行时间
            Stopwatch st = new Stopwatch();//实例化类
            st.Start();//开始计时
                       //// 需要统计时间的代码段(统计初始化长度时的执行时间)
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("List集合存储数据量为10000000,初始化一个长度,执行开始:");

            List<int> list = new List<int>(10000000);

            //// 定义一个数组
            for (int i = 0; i < 10000000; i++)
            {
                list.Add(1 + 1);
            }

            //需要统计时间的代码段

            st.Stop();//终止计时
            Console.WriteLine(string.Format("List集合存储数据量为10000000,初始化一个长度,执行完毕:!总耗时{0}毫秒", st.ElapsedMilliseconds.ToString()));

            //// 需要统计时间的代码段(统计初始化非指定长度时的执行时间)
            st.Restart();
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("List集合存储数据量为10000000,初始化不指定长度,执行开始:");

            list = new List<int>();

            //// 定义一个数组
            for (int i = 0; i < 10000000; i++)
            {
                list.Add(1 + 1);
            }

            st.Stop();//终止计时
            Console.WriteLine(string.Format("List集合存储数据量为10000000,初始化不指定长度,执行完毕:!总耗时{0}毫秒", st.ElapsedMilliseconds.ToString()));
        }
    }
复制代码

 

五、LinkedList集合简介

LinkedList链表的底层是采用双向链表的方式实现,
在链表(Linked List)中,每一个元素都指向下一个元素,以此来形成了一个链(chain)
可以从头部和尾部插入数据,在存储内存上采用非连续方式存储,链表有如下一些特点

  • 1、内存存储上是非连续的
  • 2、能够支持从头部和底部同时插入
  • 3、长度是非固定的

优缺点:
优点:
1、由于非连续存储,中部插入和删除元素效率高
2、长度非固定,在创建时不用考虑其长度
3、可以冲头部和底部添加元素
4、数据类型是安全的,在创建时需要指定的数据类型
缺点:
1、由于非连续存储,不能通过小标访问,查询效率低

练习实例代码:

复制代码
    /// <summary>
    /// LinkedList练习操作
    /// </summary>
    public class LinkedListTest {
        /// LinkedList链表的底层是采用双向链表的方式实现,
        /// 在链表(Linked List)中,每一个元素都指向下一个元素,以此来形成了一个链(chain)
        /// 可以从头部和尾部插入数据,在存储内存上采用非连续方式存储,链表有如下一些特点
        /// 1、内存存储上是非连续的
        /// 2、能够支持从头部和底部同时插入
        /// 3、长度是非固定的
        /// 优缺点:
        /// 优点:
        ///     1、由于非连续存储,中部插入和删除元素效率高
        ///     2、长度非固定,在创建时不用考虑其长度
        ///     3、可以冲头部和底部添加元素
        ///     4、数据类型是安全的,在创建时需要指定的数据类型
        ///  缺点:
        ///     1、由于非连续存储,不能通过小标访问,查询效率低

        /// LinkedList操作实例
        public static void LinkedListTestOpert() {
            //// 定义一个秒表,执行获取执行时间
            Stopwatch st = new Stopwatch();//实例化类
            st.Start();//开始计时
                       //// 需要统计时间的代码段(统计初始化长度时的执行时间)
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("Linked集合存储数据量为10000000,执行开始:");

            LinkedList<int> list = new LinkedList<int>();

            //// 定义一个数组
            for (int i = 0; i < 10000000; i++)
            {
                list.AddFirst(1 + 1);
            }

            //需要统计时间的代码段

            st.Stop();//终止计时
            Console.WriteLine(string.Format("Linked集合存储数据量为10000000,执行完毕:!总耗时{0}毫秒", st.ElapsedMilliseconds.ToString()));
        }
    }
复制代码

 

六、每种集合数据执行结果对比分析

 

复制代码
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //// array数组操作测试
            ArrayTest.IntArrayTest();

            //// arrayList集合操测试
            ArrayListTest.ArrayListOpert();

            //// List集合操作测试
            ListTest.ListOpert();

            //// LinkedList集合操作测试
            LinkedListTest.LinkedListTestOpert();

            ///// 通过测试数据
            //通过测试数据大概可以分析得出一些结论
            //1、整体效率上Array效率最高,ArrayList效率最低,List效率介于Array和ArrayList之间
            //2、ArrayList和List集合,在定义时如果知道数据长度,那么初始化时,指定长度的效率比不指定的长度效率高
            
            
            //总结:
            //在数据集合使用选择上给出以下一些建议:
            //1、Array:当元素的数量是固定的,并且需要使用下标时
            //2、ArrayList:当存储的元素类型不同时
            //3、List:当元素的数量是固定的,并且需要使用下标时
            //4、LinkedList:当元素需要能够在列表的两端添加时
            Console.ReadLine();
        }
    }
复制代码

  执行结果数据

 

通过测试数据大概可以分析得出一些结论
1、整体效率上Array效率最高,ArrayList效率最低,List效率介于Array和ArrayList之间
2、ArrayList和List集合,在定义时如果知道数据长度,那么初始化时,指定长度的效率比不指定的长度效率高

七、总结:


在数据集合使用选择上给出以下一些建议:
1、Array:当元素的数量是固定的,并且需要使用下标时
2、ArrayList:当存储的元素类型不同时,初始化时给一个预估的长度
3、List:当元素的数量是固定的,并且需要使用下标时,初始化时给一个预估的长度
4、LinkedList:当元素需要能够在列表的两端添加时

附件:

 

关于这一些练习的代码,上传到github,有兴趣的可以看一下:

 

https://github.com/xuyuanhong0902/dataStructureTest.git

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