何时在 SortedDictionary<TKey, TValue> 上使用 SortedList<TKey, TValue>？答案

【问题标题】：When to use a SortedList<TKey, TValue> over a SortedDictionary<TKey, TValue>?何时在 SortedDictionary<TKey, TValue> 上使用 SortedList<TKey, TValue>？
【发布时间】：2009-09-04 02:35:59
【问题描述】：

这似乎与此 question 重复，它询问“SortedList 和 SortedDictionary 之间有什么区别？”不幸的是，答案只是引用了 MSDN 文档（其中明确指出两者之间存在性能和内存使用差异），但实际上并没有回答问题。

事实上（所以这个问题没有得到相同的答案），根据 MSDN：

SortedList<TKey, TValue> 泛型类是一个二叉搜索树 O(log n) 检索，其中 n 是字典中的元素数量。在这方面，它类似于 SortedDictionary<TKey, TValue> 通用班级。两个班有相似之处对象模型，并且都有 O(log n) 恢复。哪两个班不同之处在于内存使用和速度插入和移除：

SortedList<TKey, TValue> 使用较少内存大于SortedDictionary<TKey, TValue>。

SortedDictionary<TKey, TValue> 有更快的插入和移除未排序数据的操作，O(log n) 与 O(n) 相反 SortedList<TKey, TValue>。

如果列表被一次性填充从排序数据来看，SortedList<TKey, TValue> 比 SortedDictionary<TKey, TValue>。

因此，显然这表明SortedList<TKey, TValue> 是更好的选择除非您需要对未排序数据进行更快的插入和删除操作。

问题仍然存在，鉴于以上信息，使用SortedDictionary<TKey, TValue> 的实际（现实世界、商业案例等）原因是什么？根据性能信息，这意味着根本不需要SortedDictionary<TKey, TValue>。

【问题讨论】：

请注意，您引用的部分几乎说明了一切。但是请注意，您关于“更快地插入和删除未排序数据的操作”的说法并不完全正确。它实际上是在说“插入和删除”操作在 SortedList 上总是具有更高的时间复杂度。关于“未排序数据”的陈述仅涉及通过它们的构造函数用数据初始化这些结构。
这似乎与 .NET 2.0 相关。 SortedList 的实现似乎从 3.0 开始发生了变化。我最近需要自己回答这个问题，发现这个问题及其回答可能不再与 .NET 4.5 的用户相关。

标签： c# .net sortedlist sorteddictionary

【解决方案1】：

我不确定 SortedList 和 SortedDictionary 上的 MSDN 文档有多准确。似乎是说两者都是使用二叉搜索树实现的。但是如果 SortedList 使用二叉搜索树，为什么它在加法上会比 SortedDictionary 慢得多？

无论如何，这里有一些性能测试结果。

每个测试都在包含 10,000 个 int32 键的 SortedList / SortedDictionary 上运行。每个测试重复 1,000 次（发布构建，开始而不调试）。

第一组测试按从 0 到 9,999 的顺序添加键。第二组测试添加 0 到 9,999 之间的随机随机键（每个数字仅添加一次）。

***** Tests.PerformanceTests.SortedTest

SortedDictionary Add sorted: 4411 ms
SortedDictionary Get sorted: 2374 ms


SortedList Add sorted: 1422 ms
SortedList Get sorted: 1843 ms

***** Tests.PerformanceTests.UnsortedTest

SortedDictionary Add unsorted: 4640 ms
SortedDictionary Get unsorted: 2903 ms


SortedList Add unsorted: 36559 ms
SortedList Get unsorted: 2243 ms

与任何分析一样，重要的是相对性能，而不是实际数字。

如您所见，在排序数据上，排序列表比SortedDictionary 更快。在未排序的数据上，SortedList 的检索速度稍快，但添加速度大约慢 9 倍。

如果两者都在内部使用二叉树，那么对于SortedList，对未排序数据的加法操作会慢得多，这是相当令人惊讶的。排序列表也可能同时将项目添加到排序的线性数据结构中，这会减慢速度。

但是，您希望SortedList 的内存使用量等于或大于或至少等于SortedDictionary。但这与 MSDN 文档所说的相矛盾。

【讨论】：

它们的复杂性界限将与使用数组的 SortedList 实现一致。然后将使用 O(log n) 中的二进制搜索执行查找。插入将在 O(n) 中。
我要补充一点，SortedList 实际上在使用较小的列表时更快，即使在“未排序”的情况下，在我自己的测试中，阈值出现在大约 700 个元素左右。因此，经验法则是“除非您需要存储超过 1000 个元素，否则使用 SortedList”。
@gatopeich：你说的是检索速度还是插入速度？我希望阈值更像是 10 到 30 个元素，而不是插入场景中的 700 个。在任何情况下，向SortedList 添加（或删除）随机项目对于大型列表来说会变得非常缓慢，因此即使只有 1% 的机会遇到包含 10,000 个元素的列表，您也应该改用 SortedDictionary。

【解决方案2】：

我不知道为什么 MSDN 说 SortedList<TKey, TValue> 使用二叉树来实现它，因为如果你用像 Reflector 这样的反编译器查看代码，你就会发现它不是真的。

SortedList<TKey, TValue> 只是一个随时间增长的数组。

每次插入元素时，它首先检查数组是否有足够的容量，如果没有，则重新创建一个更大的数组并将旧元素复制到其中（如List<T>）

之后，它使用二分搜索搜索 where 以插入元素（这是可能的，因为数组是可索引的并且已经排序）。

为了保持数组排序，它将位于要插入的元素位置之后的所有元素移动（或推送）一个位置（使用Array.Copy()）。

例如：

// we want to insert "3" 

2  
4  <= 3
5
8
9
.      
.      
.  

// we have to move some elements first

2
.  <= 3
4 
5  |
8  v
9
.
.

这就解释了为什么当您插入未排序的元素时SortedList 的性能如此糟糕。它几乎每次插入都必须重新复制一些元素。唯一不需要这样做的情况是元素必须插入到数组的末尾。

SortedDictionary<TKey, TValue> 不同，它使用二叉树来插入和检索元素。它在插入时也有一些成本，因为有时需要重新平衡树（但不是每次插入）。

使用SortedList 或SortedDictionary 搜索元素时的性能非常相似，因为它们都使用二进制搜索。

在我看来，您应该永远使用SortedList 来对数组进行排序。除非您的元素很少，否则将值插入列表（或数组）然后调用Sort() 方法总是更快。

SortedList 在您有一个已经排序的值列表（例如：来自数据库）时非常有用，您希望保持它的排序并执行一些可以利用它已排序的操作（例如：Contains() 的方法SortedList 执行二分查找而不是线性查找）

SortedDictionary 提供与SortedList 相同的优势，但如果要插入的值尚未排序，则性能更好。

编辑：如果您使用的是 .NET Framework 4.5，SortedDictionary<TKey, TValue> 的替代品是SortedSet<T>。它的工作方式与SortedDictionary 相同，使用二叉树，但这里的键和值是相同的。

【讨论】：

newest version of the SortedList<,> doc 说：SortedList<TKey, TValue> 泛型类是一个键/值对数组 – 它还强调使用SortedList<,> 你可以做类似@ 987654346@，即像数组一样按整数索引。
好吧，如果您阅读任何基本算法书籍，您就会意识到实现二叉树的一种方法是使用数组webdocs.cs.ualberta.ca/~holte/T26/tree-as-array.html
我猜 tigrou 的意思是 SortedList 是一个数组实现，而 SortedDictionary 是一个 Linked 实现，这可以解释他在逆向工程代码中看到的内容以及 Ash 在测试中看到的内容

【解决方案3】：

它们是否有两种不同的用途？

这两种集合类型在 .NET 中没有太大的语义差异。它们都提供键控查找以及保持条目按键排序。在大多数情况下，您都可以接受其中任何一个。也许唯一的区别是索引检索SortedList 允许。

但是性能呢？

但是存在性能差异，可能在它们之间进行选择是一个更重要的因素。这是它们渐近复杂度的表格视图。

+------------------+---------+----------+--------+----------+----------+---------+
| Collection       | Indexed | Keyed    | Value  | Addition |  Removal | Memory  |
|                  | lookup  | lookup   | lookup |          |          |         |
+------------------+---------+----------+--------+----------+----------+---------+
| SortedList       | O(1)    | O(log n) | O(n)   | O(n)*    | O(n)     | Lesser  |
| SortedDictionary | n/a     | O(log n) | O(n)   | O(log n) | O(log n) | Greater |
+------------------+---------+----------+--------+----------+----------+---------+

* Insertion is O(1) for data that are already in sort order, so that each 
  element is added to the end of the list (assuming no resize is required).

总结

粗略的总结一下，你想要一个SortedList<K, V> 什么时候：

您需要索引查找。
最好减少内存开销。
您的输入数据已经排序（假设您已经从 db 中排序）。

您可能更喜欢SortedDictionary<K, V>，当：

相对整体性能很重要（关于缩放）。
您的输入数据是无序的。

编写代码

SortedList<K, V> 和SortedDictionary<K, V> 都实现了IDictionary<K, V>，因此在您的代码中，您可以从方法中返回IDictionary<K, V> 或将变量声明为IDictionary<K, V>。基本上隐藏实现细节，以及针对接口的代码。

IDictionary<K, V> x = new SortedDictionary<K, V>(); //for eg.

将来，如果您对某个集合的性能特征不满意，可以更轻松地从其中一种切换。

有关这两种集合类型的更多信息，请参阅链接的原始 question。

【讨论】：

【解决方案4】：

性能差异的直观表示。

【讨论】：

这个视觉效果如何？
我不得不用我的眼睛看到它:)

【解决方案5】：

仅此而已。检索键是可比的，但使用字典加法要快得多。

我尝试尽可能多地使用 SortedList，因为它允许我遍历键和值集合。据我所知，SortedDictionary 无法做到这一点。

对此我不确定，但据我所知，字典将数据存储在树结构中，而列表将数据存储在线性数组中。这就解释了为什么使用字典插入和删除要快得多，因为需要移动的内存更少。它还解释了为什么您可以迭代 SortedLists 而不能迭代 SortedDictionary。

【讨论】：

SortedDictionary 具有要迭代的 Keys 和 Values 集合。它唯一缺少的是对这两个集合的元素的索引访问，SortedList 确实允许。
对不起，是的。你可以 foreach 它们，但我几乎从不使用 foreach 循环，这就是为什么我错误地认为它根本不可能。
“我不确定这一点，但据我所知，字典将数据存储在树结构中”这是不正确的。 .net 中的标准字典类使用数组。

【解决方案6】：

对我们来说一个重要的考虑因素是，我们通常有小的字典（通常是许多用例中最快且内存效率最高的字典。

【讨论】：