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