Пространство имен System.Collections

В пространстве имен System.Collections определены наборы стандартных коллекций и интерфейсов, которые реализованы в этих коллекциях. В таблице 8.1 приведены наиболее важные интерфейсы, часть из которых мы уже изучали в разделе «Стандартные интерфейсы .NET.

Таблица 8.1. Интерфейсы пространства имен System.Collections

Интерфейс	Назначение
ICollection	Определяет общие характеристики (например, размер) для набора элементов
IComparer	Позволяет сравнивать два объекта
IDictionary	Позволяет представлять содержимое объекта в виде пар «имя-значение»
IDictionaryEnumerator	Используется для нумерации содержимого объекта, поддерживающего интерфейс IDictionary
IEnumerable	Возвращает интерфейс IEnumerator для указанного объекта
IEnumerator	Обычно используется для поддержки оператора foreach в отношении объектов
IHashCodeProvider	Возвращает хеш-код для реализации типа с применением выбранного пользователем алгоритма хеширования
IList	Поддерживает методы добавления, удаления и индексирования элементов в списке объектов

В таблице 8.2 перечислены основные коллекции, определенные в пространстве System.Collections.

Таблица 8.2. Коллекции пространства имен System.Collections

Класс	Назначение	Важнейшие из реализованных интерфейсов
ArrayList	Массив, динамически изменяющий свой размер	IList, ICollection, IEnumerable, ICloneable
BitArray	Компактный массив для хранения битовых значений	ICollection, IEnumerable, ICloneable
Hashtable	Хеш-таблица	IDictionary, ICollection, IEnumerable, ICloneable
Queue	Очередь	ICollection, ICloneable, IEnumerable
SortedList	Коллекция, отсортированная по ключам. Доступ к элементам — по ключу или по индексу	IDictionary, ICollection, IEnumerable, ICloneable
Stack	Стек	ICollection, IEnumerable

Пространство имен System.Collections.Specialized включает специализированные коллекции, например, коллекцию строк StringCollection и хеш-таблицу со строковыми ключами StringDictionary.

В качестве примера стандартной коллекции рассмотрим класс ArrayList.

Класс ArrayList

Основным недостатком обычных массивов является то, что объем памяти, необходимый для хранения их элементов, должен быть выделен до начала работы с массивом. Класс ArrayList позволяет программисту не заботиться о выделении памяти и хранить в одном и том же массиве элементы различных типов.

По умолчанию при создании объекта типа ArrayList строится массив из 16 элементов типа object. Можно задать желаемое количество элементов в массиве, передав его в конструктор или установив в качестве значения свойства Capacity, например:

ArrayList arr1 = new ArrayList(); // создается массив из 16 элементов

ArrayList arr2 = new ArrayList(1000); // создается массив из 1000 элементов

ArrayList arr3 = new ArrayList();

arr3.Capacity = 1000; // количество элементов задается

Основные методы и свойства класса ArrayList перечислены в таблице 8.3.

Таблица 8.3. Основные элементы класса ArrayList

Элемент	Вид	Описание
Capacity	Свойство	Емкость массива (количество элементов, которые могут храниться в массиве)
Count	Свойство	Фактическое количество элементов массива
Item	Свойство	Получить или установить значение элемента по заданному индексу
Add	Метод	Добавление элемента в конец массива
AddRange	Метод	Добавление серии элементов в конец массива
BinarySearch	Метод	Двоичный поиск в отсортированном массиве или его части
Clear	Метод	Удаление всех элементов из массива
Clone	Метод	Поверхностное копирование элементов одного массива в другой массив
CopyTo	Метод	Копирование всех или части элементов массива в одномерный массив
GetRange	Метод	Получение значений подмножества элементов массива в виде объекта типа ArrayList
IndexOf	Метод	Поиск первого вхождения элемента в массив (возвращает индекс найденного элемента или –1, если элемент не найден)
Insert	Метод	Вставка элемента в заданную позицию (по заданному индексу)
InsertRange	Метод	Вставка группы элементов, начиная с заданной позиции
LastIndexOf	Метод	Поиск последнего вхождения элемента в одномерный массив
Remove	Метод	Удаление первого вхождения заданного элемента в массив
RemoveAt	Метод	Удаление элемента из массива по заданному индексу
RemoveRange	Метод	Удаление группы элементов из массива
Reverse	Метод	Изменение порядка следования элементов на обратный
SetRange	Метод	Установка значений элементов массива в заданном диапазоне
Sort	Метод	Упорядочивание элементов массива или его части
TrimToSize	Метод	Установка емкости массива, равной фактическому количеству элементов

Класс ArrayList реализован через класс Array, то есть содержит закрытое поле этого класса. Поскольку все типы в C# являются потомками класса object, массив может содержать элементы произвольного типа. Даже если в массиве хранятся обычные целые числа, то есть элементы значимого типа, внутренний класс является массивом ссылок на экземпляры типа object, которые представляют собой упакованный тип-значение. Соответственно, при занесении в массив выполняется упаковка, а при извлечении – распаковка элемента. Это не может не сказаться на быстродействии алгоритмов, использующих ArrayList.

Если при добавлении элемента в массив оказывается, что фактическое количество элементов массива превышает его емкость, она автоматически удваивается, то есть происходит повторное выделение памяти и переписывание туда всех существующих элементов.

Пример занесения элементов в экземпляр класса ArrayList:

arr1.Add( 123 );

arr1.Add( -2 );

arr1.Add( "Вася" );

Доступ к элементу выполняется по индексу, однако при этом необходимо явным образом привести полученную ссылку к целевому типу, например:

int a = (int) arr1[0];

int b = (int) arr1[1];

string s = (string) arr1[2];

Попытка приведения к типу, не соответствующему хранимому в элементе, вызывает генерацию исключения InvalidCastException.

Для повышения надежности программ применяется следующий прием: экземпляр класса ArrayList объявляется закрытым полем класса, в котором необходимо хранить коллекцию значений определенного типа, а затем описываются методы работы с этой коллекцией, делегирующие свои функции методам ArrayList. Этот способ иллюстрируется в листинге 8.8, где создается класс для хранения объектов типа Monster и производных от него. По сравнению с аналогичным листингом из раздела «Виртуальные методы», в котором используется обычный массив, у нас появилась возможность хранить в классе Stado произвольное количество элементов.

Листинг 8.8. – Коллекция объектов

using System;

using System.Collections;

namespace ConsoleApplication1

{

class Monster { ... }

class Daemon : Monster { ... }

class Stado : IEnumerable

{

private ArrayList list;

public Stado() { list = new ArrayList(); }

public void Add( Monster m ) { list.Add( m ) ; }

public void RemoveAt( int i ) { list.RemoveAt( i ); }

public void Clear() { list.Clear(); }

public IEnumerator GetEnumerator()

{ return list.GetEnumerator(); }

}

class Class1

{ static void Main()

{

Stado stado = new Stado();

stado.Add( new Monster( "Monia" ) );

stado.Add( new Monster( "Monk" ) );

stado.Add( new Daemon ( "Dimon", 3 ) );

stado.RemoveAt( 1 );

foreach ( Monster x in stado ) x.Passport();

}

}

}

Результат работы программы:

Monster Monia health = 100 ammo = 100

Daemon Dimon health = 100 ammo = 100 brain = 3

Недостатком этого решения является то, что для каждого метода стандартной коллекции приходится описывать метод-оболочку, вызывающий стандартный метод. Хотя это и несложно, но несколько неизящно. В C#, начиная с версии 2.0, появились классы-прототипы (generics), позволяющие решить эту проблему. Мы рассмотрим их в следующем разделе.