字典元素访问

Question

问题

必须循环遍历所有 C# Dictionary 元素只能通过 foreach 完成，如果是这样，为什么？

或者，我可以这样问：Dictionary 元素是否可以通过Dictionary 对象中的位置访问（即，first 元素，last 元素， 倒数第三个元素等）？

这个问题的背景

我正在尝试了解更多关于 Dictionary 对象如何工作的信息，所以如果能帮助我解决这个问题，我将不胜感激。我正在了解这一点，所以我有几个想法都与这个问题有关。我会尝试以适合 SO 格式的方式呈现。

研究

在 C# 数组中，元素按位置引用。在Dictionary 中，值由键引用。

翻看documentation on MSDN，有说法

"出于枚举的目的，字典中的每个项目都被视为 表示值及其键的 KeyValuePair 结构。这 返回项目的顺序未定义。”

因此，似乎由于返回的订单项是未定义的，因此无法按位置访问元素。我也读过：

"使用key取值非常快，接近O(1)， 因为 Dictionary 类是作为哈希表实现的。”

查看HashTable .NET 4.5 class 的文档，参考了使用foreach 语句循环并返回元素。但是没有提及使用for 语句，或者就此而言while 或任何其他循环语句。

另外，我注意到Dictionary 元素使用IEnumerable 接口，它似乎使用foreach 作为循环函数的唯一语句类型。

想法

那么，这是否意味着Dictionary 元素不能像数组或列表那样通过“位置”访问？

如果是这样，为什么有一个 .Count 属性返回键/值对的数量，但没有任何东西可以让我通过接近总数来引用这些？比如.Count是5，为什么我不能请求键值对.Count减1？

foreach 如何能够遍历每个元素，但我无法以相同的方式访问单个元素？

如果不使用foreach，是否无法确定Dictionary 对象中元素（键或值）的位置？在没有将元素映射到集合的情况下，我不能判断一个键是Dictionary 中的第一个键还是最后一个键？

This SO question 和出色的答案都涉及到这一点，但我特别想看看我是否必须将元素复制到数组或其他可枚举类型，以按位置访问特定元素。

这是一个例子。请注意，我不是在寻找专门解决此示例的方法 - 这仅用于说明我的问题。假设我想将 Dictionary<string, string> 对象中的所有它们的键添加到逗号分隔的列表中，最后没有逗号。使用数组我可以做到：

string[] arrayStr = new string[2] { "Test1", "Test2" };
string outStr = "";
for (int i = 0; i < arrayStr.Length; i++)
{
    outStr += arrayStr[i];
    if (i < arrayStr.Length - 1)
    {
        outStr += ", ";
    }
}

使用Dictionary<string, string>，如何使用上述方法将每个密钥复制到outStr？看来我必须使用foreach。但是存在哪些Dictionary 方法或属性可以让我在字典中识别元素的位置？

如果您仍在阅读本文，我还想指出，我并不是想说Dictionary 有什么错误...我只是想了解这是怎么回事.NET 框架中的工具的工作原理，以及如何最好地自己使用它。

Answer 1

假设您有四辆不同颜色的汽车。并且您希望能够通过颜色快速找到汽车的钥匙。因此，您制作了 4 个标有“红色”、“蓝色”、“黑色”和“白色”的信封，并将每辆车的钥匙放入正确的信封中。哪辆是“第一辆”汽车？哪个是“第三”？您不关心信封的顺序；您担心能否通过颜色快速获取密钥。

那么，这是否意味着字典元素不能像数组或列表那样通过“位置”访问？

不是直接，不。您可以使用Skip 和Take，但它们所做的只是迭代直到您到达“第n 个”项目。

如果是这样，为什么有一个 .Count 属性返回键/值对的数量，但没有任何东西可以让我通过接近总数来引用它们？比如.Count是5，为什么我不能请求键值对.Count减1？

即使没有订单，您仍然可以测量商品的数量。在我的示例中，您知道有 4 个信封，但没有“第三个”信封的概念。

foreach 如何能够遍历每个元素，而我却无法以相同的方式访问单个元素？

因为foreach使用IEnumerable，它每次只要求“下一个”元素——底层集合决定了元素返回的顺序。你可以一个一个地拿起信封，但顺序是无关紧要。

如果不使用 foreach，是否无法确定 Dictionary 对象中元素（键或值）的位置？

您可以推断使用foreach 并计算在达到所需元素之前您有多少元素，但是一旦添加或删除项目，该位置可能会改变。如果我买一辆绿色汽车并加上信封，它会在“订单”中的哪个位置？

我特别想看看是否必须将元素复制到数组或其他可枚举类型，才能按位置访问特定元素。

嗯，不，您可以使用Skip 和Take，但无法预测该位置的物品。您可以拿起两个信封，忽略它们，再拿起一个并称其为“第三个”信封，但那又如何？

Answer 2

这里有几个正确的答案，但我想你可能会喜欢一个简短的版本:)

在底层，Dictionary 类有一个名为 buckets 的私有字段。它只是一个普通数组，将整数位置映射到您添加到 Dictionary 的对象。

当您向Dictionary 添加键/值对时，它会为您的键计算哈希值。哈希值用作buckets 数组的索引。 Dictionary 使用尽可能多的哈希位，以确保buckets 数组的索引不会与现有条目冲突。 buckets 数组会因冲突而按需扩展。

是的，可以通过反射（允许您提取私有数据字段）获取buckets 数组的第三、第四或第 N 个成员。但是数组可以随时调整大小，你甚至不能保证Dictionary 的实现细节不会改变。

Answer 3

除了 D Stanley 的回答之外，我想补充一点，您应该查看 SortedDictionary<TKey, TValue>。它将键/值对存储在确实保持键有序的数据结构中。

var d = new SortedDictionary<int, string>();
d.Add(4, "banana");
d.Add(2, "apple");
d.Add(7, "pineapple");
Console.WriteLine(d.ElementAt(1).Value); // banana

Answer 4

不需要使用foreach来循环遍历字典，但是'first'和'last'这两个词在字典中是没有意义的，因为顺序不能保证并且与订单项没有任何关系已添加到您的字典中。

这样想。你有一个用来存放积木的袋子，每个积木上都有一个独特的标签。放入一个带有“Foo”、“Bar”和“Baz”标签的块。现在，如果你问我包的数量是多少，我可以说我里面有 3 个积木，如果你要我要标有“酒吧”的积木，我可以给你。但是，如果你问我第一个块，我不知道你的意思。这些积木只是我包里的杂物。如果您说“foreach”块，而我想给它拍照，我会一个接一个地把每个块递给您。同样，不能保证顺序。我只是把手伸进我的包里，把每一个积木都拿出来，直到我得到每一个。

您还可以请求字典中所有键的集合，然后使用每个键来访问字典中的项目。然而，再次强调，密钥的顺序并不能保证，理论上，每次访问它时都会改变（实际上，.NET 的密钥顺序通常非常稳定）。

这样存储字典的原因有很多，但关键是字典必须具有未指定的顺序才能同时进行 O(1) 插入和 O(1) 访问。具有指定顺序的数组具有 O(1) 访问权限（您可以一步获得第 n 个项目），但插入是 O(n)。

Answer 5

.Net 框架中有大量可用的集合。您必须分析您的需求并决定使用哪个集合：

• 您需要键/值对还是只需要项？
• 对项目进行排序重要吗？
• 您需要快速插入还是只在收集开始/结束时添加？
• 您需要快速检索：O(1) 还是 O(log n)？
• 您是否需要索引，即按整数位置访问项目？

对于这些要求的大多数组合，都存在一个专门的集合。

在您的情况下：键/值对和通过索引访问：SortedList