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c#資料結構之Array、ArrayList、List、LinkedList對比分析

一、前言:

  在c#資料結構中,集合的應用非常廣泛,無論是做BS架構還是CS架構開發,都離不開集合的使用,比如我們常見的集合包括:Array、ArrayList、List、LinkedList等。這一些資料集合,在功能上都能夠實現集合的存取,但是他們內部有什麼區別,在使用時需要注意一些什麼呢?下面根據個人的經驗,對這一些集合資料的使用做一個簡單的小結,如果說的不對的地方,歡迎指出,多多交流改進。

二、Array集合簡介

  Array集合,也就是陣列,是最簡單的資料結構,其儲存的資料在記憶體空間是連續的,陣列有一下一些特點

  • 1.資料儲存是連續的
  • 2.陣列長度在定義時就必須制定
  • 3.陣列儲存的資料型別都是同一型別
  • 4.陣列可以直接通過小標訪問

  優缺點:
   優點:
  1、可以根據索引直接訪問,訪問速度快
   2、資料是安全的,由於資料型別一致性,在儲存使用過程中不涉及
  缺點:
  1、由於資料是連續儲存的,導致插入效率變慢
    2、由於陣列長度大小固定,那麼對預期非固定長度的數字不好處理

  練習例項程式碼:

 

    /// <summary>
    /// 陣列練習操作 
    /// </summary>
    public class ArrayTest
    {
        /// 陣列 Array 對於大家來說一點都不陌生
        /// 陣列是在記憶體連續分配的儲存空間,這也導致陣列有一下一些特點
        /// 1.資料儲存是連續的
        /// 2.陣列長度在定義時就必須制定
        /// 3.陣列儲存的資料型別都是同一型別
        /// 4.陣列可以直接通過小標訪問
        /// 
        /// 優缺點:
        /// 優點:
        ///     1、可以根據索引直接訪問,訪問速度快
        ///     2、資料是安全的,由於資料型別一致性,在儲存使用過程中不涉及到裝箱拆箱操作
        /// 缺點:
        ///     1、由於資料是連續儲存的,導致插入效率變慢
        ///     2、由於陣列長度大小固定,那麼對預期非固定長度的數字不好處理

        /// int型別的陣列操作 
        public static void IntArrayTest()
        {

            //// 定義一個秒錶,執行獲取執行時間
            Stopwatch st = new Stopwatch();//例項化類
            st.Start();//開始計時

            Console.WriteLine("開始初始化長度為10000000的int陣列:");

            //// 定義一個數組
            int[] nums = new int[10000000];
            for (int i = 0; i < 10000000; i++)
            {
                nums[i] = 1 + 1;
            }

            //需要統計時間的程式碼段

            st.Stop();//終止計時
            Console.WriteLine(string.Format("初始化長度為10000的int陣列完畢!總耗時{0}毫秒", st.ElapsedMilliseconds.ToString()));
        }
    }

 

 

 

三、ArrayList集合簡介

ArrayList 是Array的升級版,能夠解決Array的一些缺點
ArrayList其內部實現也是Array,只是其長度是可以動態,在其內部用一個變數記錄控制長度,ArrayList有如下一些特點

  • 1.長度不固定
  • 2.可以儲存不同的資料型別(object)
  • 3.同樣支援索引查詢(可以直接通過小標訪問)
  • 4.靈活性更強,以犧牲效能為代價

優缺點:
優點:
1、長度不固定,在定義是不必擔長度溢位
2、可以儲存任意資料型別
3、可根據索引查詢,查詢效率快
缺點:
1、由於長度不固定,執行效率低下,因為超出預設長度(10)後,會自動擴容拷貝資料,犧牲效能
2、由於儲存型別是object,所以在存資料時會有裝箱操作,在取資料時會有拆箱操作,影響效率
3、執行緒不安全,因為其內部實現是用size、array來共同控制,在新增操作時是非原子操作,所以非安全執行緒

使用技巧:
在實際使用過程中,為了避免自動擴容,可以預估資料長度,初始化一個數據長度,從而提高效率

練習例項程式碼:

    /// <summary>
    /// ArrayList陣列練習操作 
    /// </summary>
    public class ArrayListTest
    {
        /// ArrayList 是Array的升級版,能夠解決Array的一些缺點
        /// ArrayList其內部實現也是Array,只是其長度是可以動態,在其內部用一個變數記錄控制長度,ArrayList有如下一些特點
        /// 1.長度不固定
        /// 2.可以儲存不同的資料型別(object)
        /// 3.同樣支援索引查詢(可以直接通過小標訪問)
        /// 4.靈活性更強,以犧牲效能為代價

        /// 優缺點:
        /// 優點:
        ///     1、長度不固定,在定義是不必擔長度溢位
        ///     2、可以儲存任意資料型別
        ///     3、可根據索引查詢,查詢效率快
        /// 缺點:
        ///     1、由於長度不固定,執行效率低下,因為超出預設長度(10)後,會自動擴容拷貝資料,犧牲效能
        ///     2、由於儲存型別是object,所以在存資料時會有裝箱操作,在取資料時會有拆箱操作,影響效率
        ///     3、執行緒不安全,因為其內部實現是用size、array來共同控制,在新增操作時是非原子操作,所以非安全執行緒
        ///     
        /// 使用技巧:
        ///     在實際使用過程中,為了避免自動擴容,可以預估資料長度,初始化一個數據長度,從而提高效率

        /// ArrayList操作例項
        public static void ArrayListOpert()
        {

            //// 定義一個秒錶,執行獲取執行時間
            Stopwatch st = new Stopwatch();//例項化類

            //// 需要統計時間的程式碼段(統計初始化長度時的執行時間)
            st.Start();//開始計時
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("ArryList集合儲存資料量為10000000,初始化一個長度,執行開始:");

            ArrayList arrayList = new ArrayList(10000000);

            //// 定義一個數組
            for (int i = 0; i < 10000000; i++)
            {
                arrayList.Add(1 + 1);
            }

            st.Stop();//終止計時
            Console.WriteLine(string.Format("ArryList集合儲存資料量為10000000,初始化一個長度,執行完畢:!總耗時{0}毫秒", st.ElapsedMilliseconds.ToString()));

            //// 需要統計時間的程式碼段(統計初始化非指定長度時的執行時間)

            st.Restart();
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("ArryList集合儲存資料量為10000000,初始化不指定長度,執行開始:");

            arrayList = new ArrayList();

            //// 定義一個數組
            for (int i = 0; i < 10000000; i++)
            {
                arrayList.Add(1 + 1);
            }

            st.Stop();//終止計時
            Console.WriteLine(string.Format("ArryList集合儲存資料量為10000000,初始化不指定長度,執行完畢:!總耗時{0}毫秒", st.ElapsedMilliseconds.ToString()));
        }
    }

 

四、List集合簡介

 

隨著c#泛型的推出,為了避免ArrayList一些缺點,微軟推出了List集合
List集合內部還是採用的Array實現,同時在定義時需要指定對應的資料型別
這樣級保留了Array集合的優點,同時也避免了ArrayList集合的資料型別不安全和裝箱帶來的效能犧牲
List特點:

  • 1、資料長度不固定,自動增加
  • 2、儲存相同的資料型別
  • 3、可根據索引查詢,查詢效率快

優缺點:
優點:
1、長度不固定,在定義是不必擔長度溢位
2、儲存相同資料型別的資料,避免的資料的裝箱拆箱,提高了資料處理效率
3、支援索引查詢,查詢效率快
缺點:
1、由於長度不固定,執行效率低下,因為超出預設長度(10)後,會自動擴容拷貝資料,犧牲效能
2、執行緒不安全,因為其內部實現是用size、array來共同控制,在新增操作時是非原子操作,所以非安全執行緒

 

練習例項程式碼:

   /// <summary>
    /// List練習操作
    /// </summary>
    public class ListTest
    {
        /// 隨著c#泛型的推出,為了避免ArrayList一些缺點,微軟推出了List集合
        /// List集合內部還是採用的Array實現,同時在定義時需要指定對應的資料型別
        /// 這樣級保留了Array集合的優點,同時也避免了ArrayList集合的資料型別不安全和裝箱帶來的效能犧牲
        /// List特點:
        /// 1、資料長度不固定,自動增加
        /// 2、儲存相同的資料型別
        /// 3、可根據索引查詢,查詢效率快
        /// 
        /// 優缺點:
        /// 優點:
        ///     1、長度不固定,在定義是不必擔長度溢位
        ///     2、儲存相同資料型別的資料,避免的資料的裝箱拆箱,提高了資料處理效率
        ///     3、支援索引查詢,查詢效率快
        /// 缺點:
        ///     1、由於長度不固定,執行效率低下,因為超出預設長度(10)後,會自動擴容拷貝資料,犧牲效能
        ///     2、執行緒不安全,因為其內部實現是用size、array來共同控制,在新增操作時是非原子操作,所以非安全執行緒

        /// ArrayList操作例項
        public static void ListOpert()
        {
            //// 定義一個秒錶,執行獲取執行時間
            Stopwatch st = new Stopwatch();//例項化類
            st.Start();//開始計時
                       //// 需要統計時間的程式碼段(統計初始化長度時的執行時間)
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("List集合儲存資料量為10000000,初始化一個長度,執行開始:");

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

            //// 定義一個數組
            for (int i = 0; i < 10000000; i++)
            {
                list.Add(1 + 1);
            }

            //需要統計時間的程式碼段

            st.Stop();//終止計時
            Console.WriteLine(string.Format("List集合儲存資料量為10000000,初始化一個長度,執行完畢:!總耗時{0}毫秒", st.ElapsedMilliseconds.ToString()));

            //// 需要統計時間的程式碼段(統計初始化非指定長度時的執行時間)
            st.Restart();
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("List集合儲存資料量為10000000,初始化不指定長度,執行開始:");

            list = new List<int>();

            //// 定義一個數組
            for (int i = 0; i < 10000000; i++)
            {
                list.Add(1 + 1);
            }

            st.Stop();//終止計時
            Console.WriteLine(string.Format("List集合儲存資料量為10000000,初始化不指定長度,執行完畢:!總耗時{0}毫秒", st.ElapsedMilliseconds.ToString()));
        }
    }

 

五、LinkedList集合簡介

 

 

LinkedList連結串列的底層是採用雙向連結串列的方式實現,
在連結串列(Linked List)中,每一個元素都指向下一個元素,以此來形成了一個鏈(chain)
可以從頭部和尾部插入資料,在儲存記憶體上採用非連續方式儲存,連結串列有如下一些特點

  • 1、記憶體儲存上是非連續的
  • 2、能夠支援從頭部和底部同時插入
  • 3、長度是非固定的

優缺點:
優點:
1、由於非連續儲存,中部插入和刪除元素效率高
2、長度非固定,在建立時不用考慮其長度
3、可以衝頭部和底部新增元素
4、資料型別是安全的,在建立時需要指定的資料型別
缺點:
1、由於非連續儲存,不能通過小標訪問,查詢效率低

練習例項程式碼:

    /// <summary>
    /// LinkedList練習操作
    /// </summary>
    public class LinkedListTest {
        /// LinkedList連結串列的底層是採用雙向連結串列的方式實現,
        /// 在連結串列(Linked List)中,每一個元素都指向下一個元素,以此來形成了一個鏈(chain)
        /// 可以從頭部和尾部插入資料,在儲存記憶體上採用非連續方式儲存,連結串列有如下一些特點
        /// 1、記憶體儲存上是非連續的
        /// 2、能夠支援從頭部和底部同時插入
        /// 3、長度是非固定的
        /// 優缺點:
        /// 優點:
        ///     1、由於非連續儲存,中部插入和刪除元素效率高
        ///     2、長度非固定,在建立時不用考慮其長度
        ///     3、可以衝頭部和底部新增元素
        ///     4、資料型別是安全的,在建立時需要指定的資料型別
        ///  缺點:
        ///     1、由於非連續儲存,不能通過小標訪問,查詢效率低

        /// LinkedList操作例項
        public static void LinkedListTestOpert() {
            //// 定義一個秒錶,執行獲取執行時間
            Stopwatch st = new Stopwatch();//例項化類
            st.Start();//開始計時
                       //// 需要統計時間的程式碼段(統計初始化長度時的執行時間)
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("Linked集合儲存資料量為10000000,執行開始:");

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

            //// 定義一個數組
            for (int i = 0; i < 10000000; i++)
            {
                list.AddFirst(1 + 1);
            }

            //需要統計時間的程式碼段

            st.Stop();//終止計時
            Console.WriteLine(string.Format("Linked集合儲存資料量為10000000,執行完畢:!總耗時{0}毫秒", st.ElapsedMilliseconds.ToString()));
        }
    }

 

六、沒在集合資料執行結果對比分析

 

 

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //// array陣列操作測試
            ArrayTest.IntArrayTest();

            //// arrayList集合操測試
            ArrayListTest.ArrayListOpert();

            //// List集合操作測試
            ListTest.ListOpert();

            //// LinkedList集合操作測試
            LinkedListTest.LinkedListTestOpert();

            ///// 通過測試資料
            //通過測試資料大概可以分析得出一些結論
            //1、整體效率上Array效率最高,ArrayList效率最低,List效率介於Array和ArrayList之間
            //2、ArrayList和List集合,在定義時如果知道資料長度,那麼初始化時,指定長度的效率比不指定的長度效率高
            
            
            //總結:
            //在資料集合使用選擇上給出以下一些建議:
            //1、Array:當元素的數量是固定的,並且需要使用下標時
            //2、ArrayList:當儲存的元素型別不同時
            //3、List:當元素的數量是固定的,並且需要使用下標時
            //4、LinkedList:當元素需要能夠在列表的兩端新增時
            Console.ReadLine();
        }
    }

 

 

 

  執行結果資料

 

 

 

 

 

通過測試資料大概可以分析得出一些結論
1、整體效率上Array效率最高,ArrayList效率最低,List效率介於Array和ArrayList之間
2、ArrayList和List集合,在定義時如果知道資料長度,那麼初始化時,指定長度的效率比不指定的長度效率高

 

 

 

七、總結:


在資料集合使用選擇上給出以下一些建議:
1、Array:當元素的數量是固定的,並且需要使用下標時
2、ArrayList:當儲存的元素型別不同時,初始化時給一個預估的長度
3、List:當元素的數量是固定的,並且需要使用下標時,初始化時給一個預估的長度
4、LinkedList:當元素需要能夠在列表的兩端添