Текст книги "C# 4.0: полное руководство"
Автор книги: Герберт Шилдт
Жанр:
Программирование
сообщить о нарушении
Текущая страница: 74 (всего у книги 83 страниц)
Главное преимущество коллекций заключается в том, что они стандартизируют обработку групп объектов в программе. Все коллекции разработаны на основе набора четко определенных интерфейсов. Некоторые встроенные реализации таких интерфейсов, в том числе ArrayList, Hashtable, Stack и Queue, могут применяться в исходном виде и без каких-либо изменений. Имеется также возможность реализовать собственную коллекцию, хотя потребность в этом возникает крайне редко.
В среде .NET Framework поддерживаются пять типов коллекций: необобщенные, специальные, с поразрядной организацией, обобщенные и параллельные. Необобщенные коллекции реализуют ряд основных структур данных, включая динамический массив, стек, очередь, а также словари, в которых можно хранить пары «ключ-значение». В отношении необобщенных коллекций важно иметь в виду следующее: они оперируют данными типа object.
Таким образом, необобщенные коллекции могут служить для хранения данных любого типа, причем в одной коллекции допускается наличие разнотипных данных. Очевидно, что такие коллекции не типизированы, поскольку в них хранятся ссылки на данные типа object. Классы и интерфейсы необобщенных коллекций находятся в пространстве имен System.Collections.
Специальные коллекции оперируют данными конкретного типа или же делают это каким-то особым образом. Например, имеются специальные коллекции для символьных строк, а также специальные коллекции, в которых используется однонаправленный список. Специальные коллекции объявляются в пространстве имен System.Collections.Specialized.
В прикладном интерфейсе Collections API определена одна коллекция с поразрядной организацией – это BitArray. Коллекция типа BitArray поддерживает поразрядные операции, т.е. операции над отдельными двоичными разрядами, например И или исключающее ИЛИ, а следовательно, она существенно отличается своими возможностями от остальных типов коллекций. Коллекция типа BitArray объявляется в пространстве имен System.Collections.
Обобщенные коллекции обеспечивают обобщенную реализацию нескольких стандартных структур данных, включая связные списки, стеки, очереди и словари. Такие коллекции являются типизированными в силу их обобщенного характера. Это означает, что в обобщенной коллекции могут храниться только такие элементы данных, которые совместимы по типу с данной коллекцией. Благодаря этому исключается случайное несовпадение типов. Обобщенные коллекции объявляются в пространстве имен System.Collections.Generic.
Параллельные коллекции поддерживают многопоточный доступ к коллекции. Это обобщенные коллекции, определенные в пространстве имен System.Collections.Concurrent.
В пространстве имен System.Collections.ObjectModel находится также ряд классов, поддерживающих создание пользователями собственных обобщенных коллекций.
Основополагающим для всех коллекций является понятие перечислителя, который поддерживается в необобщенных интерфейсах IEnumerator и IEnumerable, а также в обобщенных интерфейсах IEnumerator и IEnumerable. Перечислитель обеспечивает стандартный способ поочередного доступа к элементам коллекции. Следовательно, он перечисляет содержимое коллекции. В каждой коллекции должна быть реализована обобщенная или необобщенная форма интерфейса IEnumerable, поэтому элементы любого класса коллекции должны быть доступны посредством методов, определенных в интерфейсе IEnumerator или IEnumerator. Это означает, что, внеся минимальные изменения в код циклического обращения к коллекции одного типа, его можно использовать для аналогичного обращения к коллекции другого типа. Любопытно, что для поочередного обращения к содержимому коллекции в цикле foreach используется перечислитель.
Основополагающим для всех коллекций является понятие перечислителя, который поддерживается в необобщенных интерфейсах IEnumerator и IEnumerable, а также в обобщенных интерфейсах IEnumerator и IEnumerable. Перечислитель обеспечивает стандартный способ поочередного доступа к элементам коллекции. Следовательно, он перечисляет содержимое коллекции. В каждой коллекции должна быть реализована обобщенная или необобщенная форма интерфейса IEnumerable, поэтому элементы любого класса коллекции должны быть доступны посредством методов, определенных в интерфейсе IEnumerator или IEnumerator. Это означает, что, внеся минимальные изменения в код циклического обращения к коллекции одного типа, его можно использовать для аналогичного обращения к коллекции другого типа. Любопытно, что для поочередного обращения к содержимому коллекции в цикле foreach используется перечислитель.
С перечислителем непосредственно связано другое средство, называемое итератором. Это средство упрощает процесс создания классов коллекций, например специальных, поочередное обращение к которым организуется в цикле foreach. Итераторы также рассматриваются в этой главе.
И последнее замечание: если у вас имеется некоторый опыт программирования на C++, то вам, вероятно, будет полезно знать, что классы коллекций по своей сути подобны классам стандартной библиотеки шаблонов (Standard Template Library – STL), определенной в C++. То, что в программировании на C++ называется контейнером, в программировании на C# называется коллекцией. Это же относится и к Java. Если вы знакомы с библиотекой Collections Framework для Java, то научиться пользоваться коллекциями в C# не составит для вас большого труда.
В силу характерных отличий каждый из пяти типов коллекций (необобщенных, обобщенных, специальных, с поразрядной организацией и параллельных) будет рассмотрен далее в этой главе отдельно.
Необобщенные коллекции вошли в состав среды .NET Framework еще в версии 1.0. Они определяются в пространстве имен System.Collections. Необобщенные коллекции представляют собой структуры данных общего назначения, оперирующие ссылками на объекты. Таким образом, они позволяют манипулировать объектом любого типа, хотя и не типизированным способом. В этом состоит их преимущество и в то же время недостаток. Благодаря тому что необобщенные коллекции оперирухрт ссылками на объекты, в них можно хранить разнотипные данные. Это удобно в тех случаях, когда требуется манипулировать совокупностью разнотипных объектов или же когда типы хранящихся в коллекции объектов заранее неизвестны. Но если коллекция предназначается для хранения объекта конкретного типа, то необобщенные коллекции не обеспечивают типовую безопасность, которую можно обнаружить в обобщенных коллекциях.
Необобщенные коллекции определены в ряде интерфейсов и классов, реализующих эти интерфейсы. Все они рассматриваются далее по порядку.
В пространстве имен System.Collections определен целый ряд интерфейсов необобщенных коллекций. Начинать рассмотрение необобщенных коллекций следует именно с интерфейсов, поскольку они определяют функциональные возможности, которые являются общими для всех классов необобщенных коллекций. Интерфейсы, служащие опорой для необобщенных коллекций, сведены в табл. 25.1. Каждый из этих интерфейсов подробно описывается далее.
Таблица 25.1. Интерфейсы необобщенных коллекций
Интерфейс – Описание
ICollection – Определяет элементы, которые должны иметь все необобщенные коллекции
IComparer – Определяет метод Compare() для сравнения объектов, хранящихся в коллекции
IDictionary – Определяет коллекцию, состоящую из пар “ключ-значение”
IDictionaryEnumerator – Определяет перечислитель для коллекции, реализующей интерфейс IDictionary
IEnumerable – Определяет метод GetEnumerator(), предоставляющий перечислитель для любого класса коллекции
IEnumerator – Предоставляет методы, позволяющие получать содержимое коллекции по очереди
IEqualityComparer – Сравнивает два объекта на предмет равенства
IHashCodeProvider – Считается устаревшим. Вместо него следует использовать интерфейс IEqualityComparer
IList – Определяет коллекцию, доступ к которой можно получить с помощью индексатора
IStructuralComparable – Определяет метод CompareTo(), применяемый для структурного сравнения
IStructuralEquatable – Определяет метод Equals(), применяемый для выяснения структурного, а не ссылочного равенства. Кроме того, определяет метод GetHashCode()
Интерфейс ICollection
Интерфейс ICollection служит основанием, на котором построены все необобщенные коллекции. В нем объявляются основные методы и свойства для всех необобщенных коллекций. Он также наследует от интерфейса IEnumerable.
В интерфейсе ICollection определяются перечисленные ниже свойства. Свойство Count используется чаще всего, поскольку оно содержит количество элементов, хранящихся в коллекции на данный момент. Если значение свойства Count равно нулю, то коллекция считается пустой.
В интерфейсе ICollection определяется следующий метод.
void CopyTo(Array target, int startldx)
Свойство – Назначение
int Count { get; } - Содержит количество элементов в коллекции на данный момент
bool isSynchronized { get; } – Принимает .логическое значение true, если коллекция синхронизирована, а иначе – логическое значение false. По умолчанию коллекции не синхронизированы. Но для большинства коллекций можно получить синхронизированный вариант
object SyncRoot { get; } – Содержит объект, для которого коллекция может быть синхронизирована
Метод CopyTo() копирует содержимое коллекции в массив target, начиная с элемента, указываемого по индексу startldx. Следовательно, метод CopyTo() обеспечивает в C# переход от коллекции к стандартному массиву.
Благодаря тому что интерфейс ICollection наследует от интерфейса IEnumerable, в его состав входит также единственный метод, определенный в интерфейсе IEnumerable. Это метод GetEnumerator(), объявляемый следующим образом.
IEnumerator GetEnumerator()
Он возвращает перечислитель для коллекции.
Вследствие того же наследования от интерфейса IEnumerable в интерфейсе ICollection определяются также четыре следующих метода расширения: AsParallel(), AsQueryable(), Cast() и OfType(). В частности, метод AsParallel() объявляется в классе System.Linq.ParallelEnumerable, метод AsQueryable() – в классе System.Linq.Queryable, а методы Cast() и OfType() – в классе System.Linq.Enumerable. Эти методы предназначены главным образом для поддержки LINQ, хотя их можно применять и в других целях.
Интерфейс IList
В интерфейсе IList объявляется такое поведение необобщенной коллекции, которое позволяет осуществлять доступ к ее элементам по индексу с отсчетом от нуля. Этот интерфейс наследует от интерфейсов ICollection и IEnumerable. Помимо методов, определенных в этих интерфейсах, в интерфейсе IList определяется ряд собственных методов. Все эти методы сведены в табл. 25.2. В некоторых из них предусматривается модификация коллекции. Если же коллекция доступна только для чтения или имеет фиксированный размер, то в этих методах генерируется исключение NotSupportedException.
Таблица 25.2. Методы определенные в интерфейсе IList
Метод – Описание
int Add(objectvalue) Добавляет объект value в вызывающую коллекцию. Возвращает индекс, по которому этот объект сохраняется
void Clear() – Удаляет все элементы из вызывающей коллекции
bool Contains(objectvalue) – Возвращает логическое значение true, если вызывающая коллекция содержит объект value, а иначе – логическое значение false
int IndexOf(objectvalue) – Возвращает индекс объекта value, если этот объект содержится в вызывающей коллекции. Если же объект value не обнаружен, то метод возвращает значение -1
void Insert (intindex,objectvalue) – Вставляет в вызывающую коллекцию объект value по индексу index. Элементы, находившиеся до этого по индексу index и дальше, смещаются вперед, чтобы освободить место для вставляемого объекта value
void Remove(objectvalue) – Удаляет первое вхождение объекта value в вызывающей коллекции. Элементы, находившиеся до этого за удаленным элементом, смещаются назад, чтобы устранить образовавшийся “пробел”
void RemoveAt(intindex) – Удаляет из вызывающей коллекции объект, расположенный по указанному индексу index. Элементы, находившиеся до этого за удаленным элементом, смещаются назад, чтобы устранить образовавшийся “пробел”
Объекты добавляются в коллекцию типа IList вызовом метода Add(). Обратите внимание на то, что метод Add() принимает аргумент типа object. А поскольку object является базовым классом для всех типов, то в необобщенной коллекции может быть сохранен объект любого типа, включая и типы значений, в силу автоматической упаковки и распаковки.
Для удаления элемента из коллекции служат методы Remove() и RemoveAt(). В частности, метод Remove() удаляет указанный объект, а метод RemoveAt() удаляет объект по указанному индексу. И для опорожнения коллекции вызывается метод Clear().
Для того чтобы выяснить, содержится ли в коллекции конкретный объект, вызывается метод Contains(). Для получения индекса объекта вызывается метод IndexOf(), а для вставки элемента в коллекцию по указанному индексу – метод Insert().
В интерфейсе IList определяются следующие свойства.
bool IsFixedSize { get; }
bool IsReadOnly { get; }
Если коллекция имеет фиксированный размер, то свойство IsFixedSize содержит логическое значение true. Это означает, что в такую коллекцию нельзя ни вставлять элементы, ни удалять их из нее. Если же коллекция доступна только для чтения, то свойство IsReadOnly содержит логическое значение true. Это означает, что содержимое такой коллекции не подлежит изменению.
Кроме того, в интерфейсе IList определяется следующий индексатор.
object this[int index] { get; set; }
Этот индексатор служит для получения и установки значения элемента коллекции. Но его нельзя использовать для добавления в коллекцию нового элемента. С этой целью обычно вызывается метод Add(). Как только элемент будет добавлен в коллекцию, он станет доступным посредством индексатора.
Интерфейс IDictionary
В интерфейсе IDictionary определяется такое поведение необобщенной коллекции, которое позволяет преобразовать уникальные ключи в соответствующие значения. Ключ представляет собой объект, с помощью которого значение извлекается впоследствии. Следовательно, в коллекции, реализующей интерфейс IDictionary, хранятся пары «ключ-значение». Как только подобная пара будет сохранена, ее можно извлечь с помощью ключа. Интерфейс IDictionary наследует от интерфейсов ICollection и IEnumerable. Методы, объявленные в интерфейсе IDictionary, сведены в табл. 25.3. Некоторые из них генерируют исключение ArgumentNullException при попытке указать пустой ключ, поскольку пустые ключи не допускаются.
Таблица 25.3. Методы, определенные в интерфейсе IDictionary
Метод - Описание
void Add(objectkey,objectvalue) – Добавляет в вызывающую коллекцию пару “ключ-значение", определяемую параметрами key и value
void Clear() – Удаляет все пары “ключ-значение” из вызывающей коллекции
bool Contains(objectkey) – Возвращает логическое значение true, если вызывающая коллекция содержит объект key в качестве ключа, в противном случае – логическое значение false
IDictionaryEnumerator GetEnumerator() – Возвращает перечислитель для вызывающей коллекции
void Remove(objectkey) – Удаляет из коллекции элемент, ключ которого равен значению параметра key
Для добавления пары «ключ-значение» в коллекцию типа IDictionary служит метод Add(). Обратите внимание на то, что ключ и его значение указываются отдельно. А для удаления элемента из коллекции следует указать ключ этого объекта при вызове метода Remove(). И для опорожнения коллекции вызывается метод Clear().
Для того чтобы выяснить, содержит ли коллекция конкретный объект, вызывается метод Contains() с указанным ключом искомого элемента. С помощью метода GetEnumerator() получается перечислитель, совместимый с коллекцией типа IDictionary. Этот перечислитель оперирует парами «ключ-значение».
В интерфейсе IDictionary определяются перечисленные ниже свойства.
Свойство – Назначение
bool IsFixedSize { get; } – Принимает логическое значение true, если словарь имеет фиксированный размер
bool IsReadOnly { get; } – Принимает логическое значение true, если словарь доступен только для чтения
ICollection Keys { get; } – Получает коллекцию ключей
ICollection Values { get; } – Получает коллекцию значений
Следует иметь в виду, что ключи и значения, содержащиеся в коллекции, доступны в отдельных списках с помощью свойств Keys и Values.
Кроме того, в интерфейсе IDictionary определяется следующий индексатор.
object this[object key] { get; set; }
Этот индексатор служит для получения и установки значения элемента коллекции, а также для добавления в коллекцию нового элемента. Но в качестве индекса в данном случае служит ключ элемента, а не собственно индекс.
Интерфейсы IEnumerable, IEnumerator и IDictionaryEnumerator
Интерфейс IEnumerable является необобщенным, и поэтому он должен быть реализован в классе для поддержки перечислителей. Как пояснялось выше, интерфейс IEnumerable реализуется во всех классах необобщенных коллекций, поскольку он наследуется интерфейсом ICollection. Ниже приведен единственный метод GetEnumerator(), определяемый в интерфейсе IEnumerable.
IEnumerator GetEnumerator()
Он возвращает коллекцию. Благодаря реализации интерфейса IEnumerable можно также получать содержимое коллекции в цикле foreach.
В интерфейсе IEnumerator определяются функции перечислителя. С помощью методов этого интерфейса можно циклически обращаться к содержимому коллекции. Если в коллекции содержатся пары «ключ-значение» (словари), то метод GetEnumerator() возвращает объект типа IDictionaryEnumerator, а не типа IEnumerator. Интерфейс IDictionaryEnumerator наследует от интерфейса IEnumerator и вводит дополнительные функции, упрощающие перечисление словарей.
В интерфейсе IEnumerator определяются также методы MoveNext() и Reset() и свойство Current. Способы их применения подробнее описываются далее в этой главе. А до тех пор следует отметить, что свойство Current содержит элемент, получаемый в текущий момент. Метод MoveNext() осуществляет переход к следующему элементу коллекции, а метод Reset() возобновляет перечисление с самого начала.
Интерфейсы IComparer и IEqualityComparer
В интерфейсе IComparer определяется метод Compare() для сравнения двух объектов.
int Compare(object х, object у)
Он возвращает положительное значение, если значение объекта х больше, чем у объекта у; отрицательное – если значение объекта х меньше, чем у объекта у; и нулевое – если сравниваемые значения равны. Данный интерфейс можно использовать для указания способа сортировки элементов коллекции.
В интерфейсе IEqualityComparer определяются два метода.
bool Equals(object х, object у)
int GetHashCode(object obj)
Метод Equals() возвращает логическое значение true, если значения объектов х и у равны. А метод GetHashCode() возвращает хеш-код для объекта obj.
Интерфейсы IStructuralComparable и IStructuralEquatable
Оба интерфейса IStructuralComparable и IStructuralEquatable добавлены в версию 4.0 среды .NET Framework. В интерфейсе IStructuralComparable определяется метод CompareTo(), который задает способ структурного сравнения двух объектов для целей сортировки. (Иными словами, Метод CompareTo() сравнивает содержимое объектов, а не ссылки на них.) Ниже приведена форма объявления данного метода.
int CompareTo(object other, IComparer comparer)
Он должен возвращать -1, если вызывающий объект предшествует другому объекту other; 1, если вызывающий объект следует после объекта other; и наконец, 0, если значения обоих объектов одинаковы для целей сортировки. А само сравнение обеспечивает объект, передаваемый через параметр comparer.
Интерфейс IStructuralEquatable служит для выяснения структурного равенства путем сравнения содержимого двух объектов. В этом интерфейсе определены следующие методы.
bool Equals(object other, IEqualityComparer comparer)
int GetHashCode(IEqualityComparer comparer)
Метод Equals() должен возвращать логическое значение true, если вызывающий объект и другой объект other равны. А метод GetHashCode() должен возвращать хеш-код для вызывающего объекта. Результаты, возвращаемые обоими методами, должны быть совместимы. Само сравнение обеспечивает объект, передаваемый через параметр comparer.
В пространстве имен System.Collections определена структура DictionaryEntry. Необобщенные коллекции пар «ключ-значение» сохраняют эти пары в объекте типа DictionaryEntry. В данной структуре определяются два следующих свойства.
public object Key { get; set; }
public object Value { get; set; }
Эти свойства служат для доступа к ключу или значению, связанному с элементом коллекции. Объект типа DictionaryEntry может быть сконструирован с помощью конструктора:
public DictionaryEntry(object key, object value)
где key обозначает ключ, a value – значение.
