本章节针对C# 集合（Collections）做全面、详细的知识结构整理，适合系统学习或开发参考。结合 官方文档、实际开发经验 和 高级技巧，涵盖从基础到高级的各类集合类型、差异、应用场景、线程安全、性能比较等内容。

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1️⃣ 集合分类概览

分类	命名空间	是否泛型	是否线程安全	示例
非泛型集合	System.Collections	❌	❌	ArrayList, Hashtable
泛型集合	System.Collections.Generic	✅	❌	List<T>, Dictionary<TKey,TValue>
并发集合	System.Collections.Concurrent	✅	✅	ConcurrentDictionary, BlockingCollection
特殊集合	System.Collections.ObjectModel, System.Collections.Specialized	✅/❌	部分支持	ObservableCollection<T>, NameValueCollection

🔗 官方文档汇总：https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/standard/collections/

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2️⃣ 非泛型集合（System.Collections）

适用于 .NET 早期版本，为了兼容旧代码保留，但不推荐新项目使用。

类名	功能	缺点
ArrayList	动态数组	装箱拆箱，性能低
Hashtable	基于键值对的哈希表	键和值都是 object，需类型转换
Queue	FIFO 队列	非泛型
Stack	LIFO 堆栈	非泛型
SortedList	有序字典	非泛型，效率略低

📌 示例：

ArrayList arr = new ArrayList();
arr.Add(100);
arr.Add("text");

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3️⃣ 泛型集合（System.Collections.Generic）

主流开发中最常用集合类。优势包括类型安全、高性能、LINQ 支持、清晰的结构设计。

常用泛型集合类及应用场景

类	描述	特点
List<T>	可变长度数组	快速索引
LinkedList<T>	双向链表	适合频繁插入删除
Dictionary<TKey,TValue>	哈希表结构	快速键值查找
SortedDictionary<TKey,TValue>	自动排序的字典	按键排序
SortedList<TKey,TValue>	有序键值对集合	较快检索但插入慢
Queue<T>	先进先出	适合任务处理
Stack<T>	后进先出	适合撤销操作
HashSet<T>	元素唯一	数学集合运算
SortedSet<T>	自动排序且无重复	高级集合处理

📌 示例：

var nums = new List<int> {1, 2, 3, 4};
var dict = new Dictionary<string, int> {
    {"a", 1}, {"b", 2}
};

🔗 List<T> 官方文档：https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.collections.generic.list-1

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4️⃣ 并发集合（System.Collections.Concurrent）

用于多线程/异步场景，内部采用锁或无锁机制实现。

类	描述	特点
ConcurrentDictionary<TKey,TValue>	线程安全哈希表	高并发写入
BlockingCollection<T>	提供阻塞添加/移除	可限制容量，适合生产者消费者
ConcurrentQueue<T>	线程安全 FIFO	非阻塞
ConcurrentStack<T>	线程安全 LIFO	非阻塞
ConcurrentBag<T>	无序线程安全集合	高效批量处理

📌 示例：

var dict = new ConcurrentDictionary<string, int>();
dict.TryAdd("k1", 1);
dict["k2"] = 2;

🔗 官方文档：https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/standard/collections/thread-safe/

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5️⃣ 特殊集合

5.1 ObservableCollection（常用于 MVVM）

实现 INotifyCollectionChanged，适合数据绑定。

🔗 https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.collections.objectmodel.observablecollection-1

ObservableCollection<string> items = new ObservableCollection<string>();
items.CollectionChanged += (s, e) => Console.WriteLine("Changed!");
items.Add("Hello");

5.2 NameValueCollection & StringCollection

适用于 WebForm、传统配置传递。

NameValueCollection queryParams = new NameValueCollection();
queryParams.Add("key", "value");

🔗 https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.collections.specialized.namevaluecollection

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6️⃣ 集合操作方法

• Add, Remove, Clear, Contains
• Insert, IndexOf（适用于 List）
• TryGetValue（适用于 Dictionary）
• 集合遍历（foreach）
• 集合拷贝（ToArray(), Clone()）

if (!dict.ContainsKey("test")) {
    dict.Add("test", 123);
}

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7️⃣ LINQ 与集合

LINQ 是 .NET 提供的强大查询机制，常用于集合查询、筛选、排序、分组等。

📌 示例：

var even = nums.Where(n => n % 2 == 0).ToList();
var grouped = people.GroupBy(p => p.Age);

🔗 LINQ 教程：https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/programming-guide/concepts/linq/

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8️⃣ 性能与选择建议

需求	推荐集合	原因
快速访问索引	List<T>	O(1) 访问时间
频繁插入删除	LinkedList<T>	链表操作快
无重复集合	HashSet<T>	集合数学运算高效
排序集合	SortedSet<T>, SortedList	自动排序
键值对查询	Dictionary	哈希查询快
多线程共享数据	ConcurrentDictionary	无锁高性能

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9️⃣ 集合扩展方法与自定义

C# 支持为集合编写扩展方法，例如：

public static class CollectionExtensions
{
    public static void AddRange<T>(this ICollection<T> collection, IEnumerable<T> items)
    {
        foreach (var item in items)
            collection.Add(item);
    }
}

使用：

list.AddRange(new[] { 4, 5, 6 });

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🔟 自定义集合类（继承与封装）

你可以继承现有集合类或实现 ICollection<T>, IDictionary<TKey,TValue> 以定制逻辑（如只读、带日志等）。

public class ReadOnlyList<T> : List<T>
{
    public new void Add(T item)
    {
        throw new InvalidOperationException("只读集合无法添加元素");
    }
}

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📌 实战建议

• 永远首选泛型集合（List<T> 等）
• 多线程场景选用 System.Collections.Concurrent
• UI 绑定推荐 ObservableCollection<T>
• 性能敏感区域避免频繁使用 ToList()、AddRange() 等创建副本操作
• 合理选择集合可提升程序效率与可维护性

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