什么是集合语义（在 .NET 中）？

Question

我需要在我自己的类中维护集合语义。你不能解释一下，集合语义是什么？据我了解，它是一组必须在类中实现的一些接口。这是真的吗？如果是，我必须在课堂上具体实施什么以及为什么？这两个接口——ICollection 和 IEnumerable——是否足够，或者这些只是最必要的？

我正在使用this article 作为帮助来编写一个循环链表。

Answer 1

.NET 中有很多集合类型，它们都有一些共同的行为，例如：

• 您可以使用foreach 枚举它们
• 他们有一个Count 属性
• 您可以使用Add 方法添加项目
• 等等……

这种行为是集合类型的预期行为，您猜对了：它都在ICollection<T> 接口中。我们来看看接口层次结构：

• IEnumerable<T> 允许使用foreach 枚举您的类
• ICollection<T> 是一个代表集合的 IEnumerable<T>：
  • 它允许检索项目Count
  • 你可能可以Add/Remove/Clear收藏中的项目
  • 一个集合可以是只读的，在这种情况下IsReadOnly应该返回true
  • 还有其他几个辅助方法：Contains/CopyTo。
• IList<T> 是一个 ICollection<T>，它允许通过索引访问项目。
  • 它添加了一个索引器
  • 一些索引相关的函数：Insert/RemoveAt
  • IndexOf

您应该实现哪个接口是语义的问题：

IEnumerable<T> 只是一个可枚举的序列。它应该只通过使用代码枚举一次，因为你永远不知道它在多个枚举中的行为。如果您多次枚举 IEnumerable<T>，像 ReSharper 这样的工具甚至会发出警告。
当然，大多数时候您可以安全地多次枚举它，但有时您不应该这样做。例如，枚举可以执行 SQL 查询（例如 Linq-to-SQL）。

您通过定义一个函数来实现IEnumerable<T>：GetEnumerator，它返回 en IEnumerator<T>。枚举器是一个对象，它是一种指向序列中当前元素的指针。它可以返回这个Current 值，并且可以移动到带有MoveNext 的下一个元素。它也是一次性的（在枚举结束时由foreach 处理）。

让我们分解一个foreach 循环：

IEnumerable<T> sequence = ... // Whatever
foreach (T item in sequence)
    DoSomething(item);

这等价于：

IEnumerator<T> enumerator = null;
try
{
    enumerator = sequence.GetEnumerator();
    while (enumerator.MoveNext())
    {
        T item = enumerator.Current;
        DoSomething(item);
    }
}
finally
{
    if (enumerator != null)
        enumerator.Dispose();
}

为了记录，实现IEnumerable 并不是严格要求使类可以与foreach 一起使用。鸭子打字在这里就足够了，但我离题太多了。

当然，您可以使用 yield 关键字轻松实现该模式：

public static IEnumerable<int> GetAnswer()
{
    yield return 42;
}

这将创建一个私有类，它将为您实现IEnumerable<int>，因此您不必这样做。

ICollection<T> 表示一个集合，可以安全地多次枚举。但是你真的不知道它是什么样的收藏品。它可以是一个集合、一个列表、一个字典等等。

这是集合语义。

一些例子：

• T[] - 它实现了ICollection<T>，即使你不能Add/Remove
• List<T>
• HashSet<T> - 集合但不是列表的一个很好的例子
• Dictionary<TKey, TValue> - 是的，那是ICollection<KeyValuePair<TKey, TValue>>
• LinkedList<T>
• ObservableCollection<T>

IList<T> 让您知道该集合是可以让您通过索引轻松访问元素的类型（即 O(1) 时间）。 p>

循环链表不是这种情况，因为它不仅需要 O(n) 时间，而且首先没有有意义的索引。

一些例子：

• T[]
• List<T>
• ObservableCollection<T>

请注意 HashSet<T> 和 Dictionary<TKey, TValue> 不再在列表中。这些不是列表。 LinkedList<T> 在语义上是一个列表，但它不提供 O(1) 时间内的索引访问（它需要 O(n)）。

我应该提一下 .NET 4.5 中的只读等效项：IReadOnlyCollection<out T>、IReadOnlyList<out T>。它们提供的协方差很好。