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C#进阶学习（八）常见的泛型数据结构类（3）SortedDictionary＜TKey, TValue＞与SortedList＜TKey, TValue＞

news 来源：原创 2025/4/21 7:18:03

关于默认的排序可以看这篇文章的第二点中关于排序的部分：

一、SortedDictionary

1. 核心特性

2. 常用方法和属性

二、SortedList

1. 核心特性

2. 常用方法和属性

三、关于TryGetValue(TKey key, out TValue value) 方法的详细说明

（一）作用

（二）语法和参数

注意一定要加这个out！！！

（三）注意事项

四、总结

关于默认的排序可以看这篇文章的第二点中关于排序的部分：

常见的泛型数据结构（2）

一、SortedDictionary<TKey, TValue>

1. 核心特性

底层实现：基于 红黑树（自平衡二叉搜索树），确保元素始终按键排序。
排序规则：默认按键的自然顺序（IComparable<TKey>）排序，或通过自定义 IComparer<TKey> 指定。
性能特点：

插入/删除：时间复杂度为 O(log n)（高效动态调整树结构）。

查找：时间复杂度为 O(log n)。

内存占用：较高（每个节点需要存储左右子树指针）。
适用场景：

需要频繁插入/删除键值对，同时保持有序。

需要按键顺序遍历或范围查询（如获取某个区间内的键）。

2. 常用方法和属性

方法/属性	说明
`Add(TKey key, TValue value)`	添加键值对（若键已存在，抛出 `ArgumentException`）。
`Remove(TKey key)`	删除指定键的键值对（返回是否成功）。
`ContainsKey(TKey key)`	检查是否包含指定键。
`TryGetValue(TKey key, out TValue value)`	安全获取键对应的值（返回是否成功）。
`Keys`	获取按键排序的键集合（`KeyCollection` 类型）。
`Values`	获取按键顺序排列的值集合（`ValueCollection` 类型）。
`Count`	获取键值对的数量。

使用示例：

using System;
using System.Collections.Generic;// 自定义比较器：按字符串长度排序
public class StringLengthComparer : IComparer<string>
{public int Compare(string x, string y){int lengthCompare = x.Length.CompareTo(y.Length);// 长度相同则按字典序排序return lengthCompare != 0 ? lengthCompare : string.Compare(x, y, StringComparison.Ordinal);}
}public class SortedDictionaryExample
{public static void Main(){// 使用自定义比较器初始化var dict = new SortedDictionary<string, int>(new StringLengthComparer());// 添加元素dict.Add("Banana", 3);dict.Add("Apple", 5);dict.Add("Cherry", 2);dict.Add("Kiwi", 7);// 删除元素bool removed = dict.Remove("Apple");Console.WriteLine($"删除 Apple: {removed}"); // True// 修改元素dict["Kiwi"] = 10;// 遍历输出（按键长度升序，长度相同按字典序）Console.WriteLine("SortedDictionary 元素:");foreach (var kvp in dict){Console.WriteLine($"{kvp.Key} (长度 {kvp.Key.Length}): {kvp.Value}");}// 输出顺序：// Kiwi (长度 4): 10// Apple (长度 5): 5// Banana (长度 6): 3// Cherry (长度 6): 2}
}

结果：

二、SortedList<TKey, TValue>

1. 核心特性

底层实现：基于 两个动态数组，分别存储键和值，按键排序。
排序规则：与 SortedDictionary 相同，默认按键的自然顺序或自定义 IComparer<TKey>。
性能特点：

插入/删除：时间复杂度为 O(n)（需移动元素以保持数组有序）。

查找：时间复杂度为 O(log n)（二分查找）。

内存占用：较低（数组连续存储，无额外指针开销）。
适用场景：

键值对数量较少，且插入/删除操作不频繁。

需要按键快速查找，且内存敏感的场景。

需要通过索引（类似列表）访问键或值。

2. 常用方法和属性

方法/属性	说明
`Add(TKey key, TValue value)`	添加键值对（若键已存在，抛出 `ArgumentException`）。
`Remove(TKey key)`	删除指定键的键值对（返回是否成功）。
`ContainsKey(TKey key)`	检查是否包含指定键。
`TryGetValue(TKey key, out TValue value)`	安全获取键对应的值（返回是否成功）。
`IndexOfKey(TKey key)`	返回键的索引（基于排序后的顺序）。
`IndexOfValue(TValue value)`	返回值的索引（线性搜索，效率较低）。
`Keys`	获取按键排序的键集合（`IList<TKey>` 类型）。
`Values`	获取按键顺序排列的值集合（`IList<TValue>` 类型）。
`Count`	获取键值对的数量。

使用示例：

using System;
using System.Collections.Generic;// 自定义比较器：整型降序排序
public class ReverseIntComparer : IComparer<int>
{public int Compare(int x, int y){return y.CompareTo(x); // 反转默认顺序}
}public class SortedListExample
{public static void Main(){// 使用自定义比较器初始化var list = new SortedList<int, string>(new ReverseIntComparer());// 添加元素list.Add(3, "Three");list.Add(1, "One");list.Add(4, "Four");list.Add(2, "Two");// 删除元素bool removed = list.Remove(1);Console.WriteLine($"删除 1: {removed}"); // True// 修改元素list[4] = "Four (Updated)";// 遍历输出（按键降序）Console.WriteLine("SortedList 元素:");foreach (var kvp in list){Console.WriteLine($"{kvp.Key}: {kvp.Value}");}// 输出顺序：// 4: Four (Updated)// 3: Three// 2: Two// 通过索引访问键和值Console.WriteLine("第一个键: " + list.Keys[0]); // 4Console.WriteLine("最后一个值: " + list.Values[list.Count - 1]); // Two}
}

三、关于`TryGetValue(TKey key, out TValue value)` 方法的详细说明

（一）作用

TryGetValue 是字典类数据结构（如 Dictionary<TKey, TValue>、SortedDictionary<TKey, TValue>、SortedList<TKey, TValue>）中的一个核心方法，用于安全地获取与指定键关联的值。它的核心优势是避免因键不存在而抛出异常，同时通过一次查找操作完成“检查存在性”和“获取值”两个步骤。

（二）语法和参数

bool TryGetValue(TKey key, out TValue value)

输入参数：

key：要查找的键。

输出参数：

value：当键存在时，此参数会被赋值为对应的值；当键不存在时，会被设置为 TValue 类型的默认值（如 int 的默认值是 0，引用类型是 null）。

返回值：

true：键存在，且 value 被正确赋值。

false：键不存在，value 被设为默认值。

注意一定要加这个out！！！

在SortedDictioary中的示例：在SortedList中也一样，这里随便拿个示例。

using System;
using System.Collections.Generic;public class Program
{public static void Main(){var dict = new SortedDictionary<string, int>{{ "Apple", 10 },{ "Banana", 20 },{ "Cherry", 30 }};// 尝试获取存在的键if (dict.TryGetValue("Banana", out int bananaValue)){Console.WriteLine($"Banana 的值是: {bananaValue}"); // 输出: 20}// 尝试获取不存在的键if (!dict.TryGetValue("Mango", out int mangoValue)){Console.WriteLine("Mango 不存在，mangoValue 被设为默认值: " + mangoValue); // 输出: 0}}
}

（三）注意事项

out 参数无需初始化：

// 不需要提前初始化 value
if (dict.TryGetValue("key", out string value)) 
{// 仅在返回 true 时，value 是有效的
}

默认值的陷阱：

如果键不存在，value 会被设为 default(TValue)。对于引用类型是 null，值类型是 0、false 等。
必须检查返回值后再使用 value，否则可能因默认值导致逻辑错误。

与索引器的对比：

方式	键存在	键不存在
`dict[key]`	返回值	抛出 `KeyNotFoundException`
`TryGetValue`	返回 `true`	返回 `false`，`value` 为默认值

四、总结

在C#的泛型集合中，SortedDictionary<TKey, TValue>和SortedList<TKey, TValue>均提供了按键自动排序的功能，但两者在实现机制、性能特性和适用场景上有显著差异，我们需根据实际需求选择合适的数据结构。

SortedDictionary的核心特性：
基于二叉搜索树（通常为红黑树）实现，插入和删除操作的时间复杂度为O(log n)，适合频繁增删元素的场景。其内存布局非连续，因此在遍历时效率略低于数组结构。它不直接支持通过索引访问键值对，但提供按键排序的Keys和Values集合。自定义排序规则需通过IComparer<TKey>实现，例如按字符串长度排序时，可在比较器中先比较长度再按字典序处理。

SortedList的核心特性：
基于动态数组实现，通过二分查找维护有序性。插入和删除操作的平均时间复杂度为O(n)（需移动元素），适合数据变动较少的场景。其优势在于内存连续，遍历和按索引访问（如IndexOfKey）效率更高。此外，SortedList允许通过索引直接访问键值对（如Keys[0]），但IndexOfValue需线性搜索，效率较低。自定义比较器同样支持反向排序（如整型降序）。

TryGetValue方法的注意事项：
两者均提供TryGetValue(TKey key, out TValue value)方法，用于安全获取值。此方法通过out参数返回结果，调用前无需初始化value。若键存在，返回true且value有效；若键不存在，返回false且value为类型默认值（如数值类型为0，引用类型为null）。我们需注意默认值陷阱，例如当值为0时，需结合返回值区分“键不存在”和“值本身为0”的情况。与索引器dict[key]相比，TryGetValue避免了KeyNotFoundException异常，更适合不确定键是否存在的场景。