12.5Класс Hashtable

Класс Hashtable предназначен для создания коллекции, в которой для хранения ее элементов служит хеш-таблица. Информация сохраняется в хеш-таблице с помощью механизма, называемого хешированием. При хешировании для определения уникального значения, называемого хеш-кодом, используется информационное содержимое специального ключа. Полученный в итоге хеш-код служит в качестве индекса, по которому в таблице хранятся искомые данные, соответствующие заданному ключу. Преобразование ключа в хеш-код выполняется автоматически, и поэтому сам хеш-код вообще недоступен пользователю. Преимущество хеширования заключается в том, что оно обеспечивает постоянство времени выполнения операций поиска, извлечения и установки значений независимо от величины массивов данных.

В классе Hashtable реализуются интерфейсы IDictionary, ICollection, IEnumerable, ISerializable, IDeserializationCallback и ICloneable. В классе Hashtable определено немало конструкторов. Ниже приведены наиболее часто используемые конструкторы этого класса:

public Hashtable()

public Hashtable(IDictionary d)

public Hashtable(int capacity)

public Hashtable(int capacity, float loadFactor)

В первой форме создается создаваемый по умолчанию объект класса Hashtable. Во второй форме создаваемый объект типа Hashtable инициализируется элементами из коллекции d. В третьей форме создаваемый объект типа Hashtable инициализируется, учитывая емкость коллекции, задаваемую параметром capacity. И в четвертой форме создаваемый объект типа Hashtable инициализируется, учитывая заданную емкость capacity и коэффициент заполнения loadFactor. Коэффициент заполнения, иногда еще называемый коэффициентом загрузки, должен находиться в пределах от 0.1 до 1.0. Он определяет степень заполнения хеш-таблицы до увеличения ее размера. В частности, таблица расширяется, если количество элементов оказывается больше емкости таблицы, умноженной на коэффициент заполнения. В тех конструкторах, которые не принимают коэффициент заполнения в качестве параметра, этот коэффициент по умолчанию выбирается равным 1.0.

В классе Hashtable определяется ряд собственных методов, помимо тех, что уже объявлены в интерфейсах, которые в нем реализуются. Некоторые из наиболее часто используемых методов этого класса приведены ниже. В частности, для того чтобы определить, содержится ли ключ в коллекции типа Hashtable, вызывается метод ContainsKey(). А для того чтобы выяснить, хранится ли в такой коллекции конкретное значение, вызывается метод ContainsValue(). Для перечисления содержимого коллекции типа Hashtable служит метод GetEnumerator(), возвращающий объект типа IDictionaryEnumerator. Напомним, что IDictionaryEnumerator — это перечислитель, используемый для перечисления содержимого коллекции, в которой хранятся пары "ключ-значение".

ContainsKey()

Возвращает логическое значение true, если в вызывающей коллекции типа Hashtable содержится ключ, а иначе — логическое значение false

ContainsValue()

Возвращает логическое значение true, если в вызывающей коллекции типа Hashtable содержится значение, а иначе — логическое значение false

GetEnumerator()

Возвращает для вызывающей коллекции типа Hashtable перечислитель типа IDictionaryEnumerator

Synchronized()

Возвращает синхронизированный вариант коллекции типа Hashtable, передаваемой в качестве параметра

В классе Hashtable доступны также открытые свойства, определенные в тех интерфейсах, которые в нем реализуются. Особая роль принадлежит двум свойствам, Keys и Values, поскольку с их помощью можно получить ключи или значения из коллекции типа Hashtable. Эти свойства определяются в интерфейсе IDictionary следующим образом:

public virtual ICollection Keys { get; }

public virtual ICollection Values { get; }

В классе Hashtable не поддерживаются упорядоченные коллекции, и поэтому ключи или значения получаются из коллекции в произвольном порядке. Кроме того, в классе Hashtable имеется защищенное свойство EqualityComparer. А два других свойства, hep и comparer, считаются устаревшими.

Давайте расмотрим пример:

using System;

using System.Collections;

namespace ConsoleApplication1

{

class Program

{

static void Main()

{

// Создаем хеш-таблицу

Hashtable ht = new Hashtable();

// Добавим несколько записей

ht.Add("Первый", 12345);

ht.Add("Лучший", 121);

ht.Add("Лузер", 12349);

// Считаем коллекцию ключей

ICollection keys = ht.Keys;

Console.WriteLine(ht["Первый"]);

// int V = -1;

// V = (int)ht["Второй"]; // Вызывает ИС

// System.NullReferenceException

// Console.WriteLine(V);

foreach (string s in keys)

Console.WriteLine(s + ": " + ht[s]);

Console.ReadLine();

}

}

}

Выполнение программы:

12345

Первый: 12345

Лузер: 12349

Лучший: 121

12.6Стек: классы Stack и Stack<T>

Стек (stack) — это контейнер, работающий по принципу "последний вошел, первый вышел" (last in, first out — LIFO). Метод Push() добавляет элемент, а метод Pop() — получает элемент, добавленный последним.

Класс коллекции, поддерживающий стек, носит название Stack. В нем реализуются интерфейсы ICollection, IEnumerable и ICloneable. Этот класс создает динамическую коллекцию, которая расширяется по мере потребности хранить в ней вводимые элементы. Всякий раз, когда требуется расширить такую коллекцию, ее емкость увеличивается вдвое.

В классе Stack определяются следующие конструкторы:

public Stack()

public Stack(int initialCapacity)

public Stack(ICollection col)

В первой форме конструктора создается пустой стек, во второй форме — пустой стек, первоначальный размер которого определяет первоначальная емкость, задаваемая параметром initialCapacity, и в третьей форме — стек, содержащий элементы коллекции col. Его первоначальная емкость равна количеству указанных элементов.

В классе Stack определяется ряд собственных методов, помимо тех, что уже объявлены в интерфейсах, которые в нем реализуются. Некоторые из наиболее часто используемых методов этого класса приведены ниже. Эти методы обычно применяются следующим образом. Для того чтобы поместить объект на вершине стека, вызывается метод Push(). А для того чтобы извлечь и удалить объект из вершины стека, вызывается метод Pop(). Если же объект требуется только извлечь, но не удалить из вершины стека, то вызывается метод Peek(). А если вызвать метод Pop() или Peek(), когда вызывающий стек пуст, то сгенерируется исключение InvalidOperationException.

Класс Stack<T> является обобщенным эквивалентом класса необобщенной коллекции Stack. В нем поддерживается стек в виде списка, действующего по принципу "первым пришел — последним обслужен". В этом классе реализуются интерфейсы Collection, IEnumerable и IEnumerable<T>. Кроме того, в классе Stack<T> непосредственно реализуются методы Clear(), Contains() и СоруТо(), определенные в интерфейсе ICollection<T>. А методы Add() и Remove() в этом классе не поддерживаются, как, впрочем, и свойство IsReadOnly. Коллекция класса Stack<T> имеет динамический характер, расширяясь по мере необходимости, чтобы вместить все элементы, которые должны в ней храниться.

Count

Свойство Count возвращает количество элементов в стеке.

Push()

Метод Push() добавляет элемент в вершину стека.

Pop()

Метод Pop() удаляет и возвращает элемент из вершины стека. Если стек пуст, генерируется исключение типа InvalidOperationException.

Peek()

Метод Peek() возвращает элемент из вершины стека, не удаляя его при этом.

Contains()

Метод Contains() проверяет наличие элемента в стеке и возвращает true в случае нахождения его там.

Давайте рассмотрим пример:

using System;

using System.Collections.Generic;

namespace ConsoleApplication1

{

class Program

{

static void Main()

{

var MyStack = new Stack<char>();

MyStack.Push('A');

MyStack.Push('N');

MyStack.Push('X');

Console.WriteLine("Исходный стек: ");

foreach (char s in MyStack) Console.Write(s);

Console.WriteLine("\n");

while (MyStack.Count > 0)

{ Console.WriteLine("Pop -> {0}", MyStack.Pop()); }

if (MyStack.Count == 0) Console.WriteLine("\nСтек пуст!");

Console.ReadKey();

}

}

}

12.7Очередь: классы Queue и Queue<T>

Очередь (queue) — это коллекция, в которой элементы обрабатываются по схеме "первый вошел, первый вышел" (first in, first out — FIFO). Элемент, вставленный в очередь первым, первым же и читается. Примерами очередей могут служить очередь в аэропорту, очередь претендентов на трудоустройство, очередь печати принтера либо циклическая очередь потоков на выделение ресурсов процессора. Часто встречаются очереди, в которых элементы обрабатываются по-разному, в соответствии с приоритетом. Например, в очереди в аэропорту пассажиры бизнес-класса обслуживаются перед пассажирами экономкласса. Здесь может использоваться несколько очередей — по одной для каждого приоритета. В аэропорту это можно видеть наглядно, поскольку там предусмотрены две стойки регистрации для пассажиров бизнес-класса и эконом-класса. То же справедливо и для очередей печати и диспетчера потоков. У вас может быть массив списка очередей, где элемент массива означает приоритет. Внутри каждого элемента массива будет очередь, и обработка будет выполняться по принципу FIFO.

Очередь реализуется с помощью классов Queue из пространства имен System.Collections и Queue<T> из пространства имен System.Collections.Generic.

В классе Queue определяются приведенные ниже конструкторы:

public Queue()

public Queue (int capacity)

public Queue (int capacity, float growFactor)

public Queue (ICollection col)

В первой форме конструктора создается пустая очередь с выбираемыми по умолчанию емкостью и коэффициентом роста 2.0. Во второй форме создается пустая очередь, первоначальный размер которой определяет емкость, задаваемая параметром capacity, а коэффициент роста по умолчанию выбирается для нее равным 2.0. В третьей форме допускается указывать не только емкость (в качестве параметра capacity), но и коэффициент роста создаваемой очереди (в качестве параметра growFactor в пределах от 1.0 до 10.0). И в четвертой форме создается очередь, состоящая из элементов указываемой коллекции col. Ее первоначальная емкость равна количеству указанных элементов, а коэффициент роста по умолчанию выбирается для нее равным 2.0.

В классе Queue<T> определяются следующие конструкторы:

public Queue()

public Queue(int capacity)

public Queue(IEnumerable<T> collection)

В первой форме конструктора создается пустая очередь с выбираемой по умолчанию первоначальной емкостью, а во второй форме — пустая очередь, первоначальный размер которой определяет параметр capacity. И в третьей форме создается очередь, содержащая элементы коллекции, определяемой параметром collection. Ее первоначальная емкость равна количеству указанных элементов.

Члены класса Queue<T> представлены ниже:

Count

Свойство Count возвращает количество элементов в очереди.

Enqueue()

Метод Enqueue() добавляет элемент в конец очереди.

Dequeue()

Метод Dequeue() читает и удаляет элемент из головы очереди. Если на момент вызова метода Dequeue() элементов в очереди больше нет, генерируется исключение InvalidOperationException.

Peek()

Метод Peek() читает элемент из головы очереди, но не удаляет его.

TrimExcess()

Метод TrimExcess() изменяет емкость очереди. Метод Dequeue() удаляет элемент из очереди, но не изменяет ее емкости. TrimExcess() позволяет избавиться от пустых элементов в начале очереди.

Давайте рассмотрим пример очереди:

using System;

using System.Collections.Generic;

namespace ConsoleApplication1

{

class Program

{

static void Main()

{

Queue<int> qe = new Queue<int>();

Random ran = new Random();

for (int i = 0; i < 10; i++)

qe.Enqueue(ran.Next(1, 10));

Console.WriteLine("Очередь: \n");

foreach (int i in qe) Console.Write(i);

Console.ReadLine();

}

}

}

12.8Связный список: класс LinkedList<T>

Класс LinkedList<T> представляет собой двухсвязный список, в котором каждый элемент ссылается на следующий и предыдущий, как показано на рисунке:

Преимущество связного списка проявляется в том, что операция вставки элемента в середину выполняется очень быстро. При этом только ссылки Next (следующий) предыдущего элемента и Previous (предыдущий) следующего элемента должны быть изменены так, чтобы указывать на вставляемый элемент. В классе List<T> при вставке нового элемента все последующие должны быть сдвинуты.

Естественно, у связных списков есть и свои недостатки. Так, например, все элементы связных списков доступны лишь друг за другом. Поэтому для нахождения элемента, находящегося в середине или конце списка, требуется довольно много времени. Связный список не может просто хранить элементы внутри себя. Вместе с каждым из них ему необходимо иметь информацию о следующем и предыдущем элементах. Вот почему LinkedList<T> содержит элементы типа LinkedListNode<T>. С помощью класса LinkedListNode<T> появляется возможность обратиться к предыдущему и последующему элементам списка. Класс LinkedListNode<T> определяет свойства List, Next, Previous и Value. Свойство List возвращает объект LinkedList<T>, ассоциированный с узлом. Свойства Next и Previous предназначены для итераций по списку и для доступа к следующему и предыдущему элементам. Свойство Value типа T возвращает элемент, ассоциированный с узлом.

Сам класс LinkedList<T> определяет члены для доступа к первому (First) и последнему (Last) элементам в списке, для вставки элементов в определенные позиции (AddAfter(), AddBefore(), AddFirst(), AddLast()), для удаления элементов из заданных позиций (Remove(), RemoveFirst(), RemoveLast()) и для нахождения элементов, начиная поиск либо с начала (Find()), либо с конца (FindLast()) списка.

В классе LinkedList<T> реализуются интерфейсы ICollection, ICollection<T>, IEnumerable, IEnumerable<T>, ISerializable и IDeserializationCallback. В двух последних интерфейсах поддерживается сериализация списка. В классе LinkedList<T> определяются два приведенных ниже открытых конструктора:

public LinkedList()

public LinkedList(IEnumerable<T> collection)

В первом конструкторе создается пустой связный список, а во втором конструкторе — список, инициализируемый элементами из коллекции collection.

В классе LinkedList<T> определяется немало методов. Наиболее часто используемые методы, определенные в классе LinkedList<T> представлены ниже:

AddAfter()

Добавляет в список узел со значением непосредственно после указанного узла. Указываемый узел не должен быть пустым (null). Метод возвращает ссылку на узел, содержащий значение.

AddBefore()

Добавляет в список узел со значением value непосредственно перед указанным узлом. Указываемый узел не должен быть пустым (null). Метод возвращает ссылку на узел, содержащий значение.

AddFirst(), AddLast()

Добавляют узел со значением в начало или в конец списка.

Find()

Возвращает ссылку на первый узел в списке, имеющий передаваемое значение. Если искомое значение отсутствует в списке, то возвращается пустое значение.

Remove()

Удаляет из списка первый узел, содержащий передаваемое значение. Возвращает логическое значение true, если узел удален, т.е. если узел со значением обнаружен в списке и удален; в противном случае возвращает логическое значение false.

Давайте рассмотрим пример использования связных списков:

using System;

using System.Collections.Generic;

namespace ConsoleApplication1

{

class Program

{

static void Main()

{

// Создадим связный список

LinkedList<string> link = new LinkedList<string>();

// Добавим несколько элементов

link.AddFirst("Alex");

link.AddFirst("Djek");

link.AddFirst("Bob");

link.AddFirst("Doug");

// Отобразим элементы в прямом направлении

LinkedListNode<string> node;

Console.WriteLine("Элементы коллекции в прямом направлении: ");

for (node = link.First; node != null; node = node.Next)

Console.Write(node.Value + "\t");

// Отобразить элементы в обратном направлении

Console.WriteLine("\n\nЭлементы коллекции в обр. направлении: ");

for (node = link.Last; node != null; node = node.Previous)

Console.Write(node.Value + "\t");

Console.ReadLine();

}

}

}

Выполнение программы:

Элементы коллекции в прямом направлении:

Doug Bob Djek Alex

Элементы коллекции в обр. направлении:

Alex Djek Bob Doug

Самое примечательное в этой программе — это обход списка в прямом и обратном направлении, следуя по ссылкам, предоставляемым свойствами Next и Previous. Двунаправленный характер подобных связных списков имеет особое значение для приложений, управляющих базами данных, где нередко требуется перемещаться по списку в обоих направлениях.

12.9Сортированный список: класс SortedList<TKey, TValue>

Если нужна коллекция, отсортированная по ключу, можно воспользоваться SortedList<TKey, TValue> Этот класс сортирует элементы на основе значения ключа. Можно использовать не только любой тип значения, но также и любой тип ключа.

В классе SortedList<TKey, TValue> реализуются интерфейсы IDictionary, IDictionary<TKey, TValue>, ICollection, ICollection<KeyValuePair<TKey, TValue>>, IEnumerable и IEnumerable<KeyValuePair<TKey, TValue>. Размер коллекции типа SortedList<TKey, TValue> изменяется динамически, автоматически увеличиваясь по мере необходимости. Класс SortedList<TKey, TValue> подобен классу SortedDictionary<TKey, TValue>, но у него другие рабочие характеристики. В частности, класс SortedList<TKey, TValue> использует меньше памяти, тогда как класс SortedDictionary<TKey, TValue> позволяет быстрее вставлять неупорядоченные элементы в коллекцию.

В классе SortedList<TKey, TValue> предоставляется немало конструкторов. Ниже перечислены наиболее часто используемые конструкторы этого класса:

public SortedList()

public SortedList(IDictionary<TKey, TValue> dictionary)

public SortedList(int capacity)

public SortedList(IComparer<TK> comparer)

В первой форме конструктора создается пустой список с выбираемой по умолчанию первоначальной емкостью. Во второй форме конструктора создается отсортированный список с указанным количеством элементов dictionary. В третьей форме конструктора с помощью параметра capacity задается емкость коллекции, создаваемой в виде отсортированного списка. Если размер списка заранее известен, то, указав емкость создаваемой коллекции, можно исключить изменение размера списка во время выполнения, что, как правило, требует дополнительных затрат вычислительных ресурсов. И в четвертой форме конструктора допускается указывать с помощью параметра comparer способ сравнения объектов, содержащихся в списке.

Емкость коллекции типа SortedList<TKey, TValue> увеличивается автоматически по мере необходимости, когда в список добавляются новые элементы. Если текущая емкость коллекции превышается, то она увеличивается. Преимущество указания емкости коллекции типа SortedList<TKey, TValue> при ее создании заключается в снижении или полном исключении издержек на изменение размера коллекции. Разумеется, указывать емкость коллекции целесообразно лишь в том случае, если заранее известно, сколько элементов требуется хранить в ней.

В классе SortedList<TKey, TValue> определяется ряд собственных методов, помимо тех, что уже объявлены в интерфейсах, которые в нем реализуются. Некоторые из наиболее часто используемых методов этого класса перечислены ниже:

Add()

Добавляет в список пару "ключ-значение". Если ключ уже находится в списке, то его значение не изменяется, и генерируется исключение ArgumentException

ContainsKey()

Возвращает логическое значение true, если вызывающий список содержит объект key в качестве ключа; а иначе — логическое значение false

ContainsValue()

Возвращает логическое значение true, если вызывающий список содержит значение value; в противном случае — логическое значение false

GetEnumerator()

Возвращает перечислитель для вызывающего словаря

IndexOfKey(), IndexOfValue()

Возвращает индекс ключа или первого вхождения значения в вызывающем списке. Если искомый ключ или значение не обнаружены в списке, возвращается значение -1.

Remove()

Удаляет из списка пару "ключ-значение" по указанному ключу key. При удачном исходе операции возвращается логическое значение true, а если ключ key отсутствует в списке — логическое значение false.

TrimExcess()

Сокращает избыточную емкость вызывающей коллекции в виде отсортированного списка.

Кроме того, в классе SortedList<TK, TV> определяются собственные свойства, помимо тех, что уже объявлены в интерфейсах, которые в нем реализуются. Эти свойства приведены ниже:

Capacity

Получает или устанавливает емкость вызывающей коллекции в виде отсортированного списка

Comparer

Получает метод сравнения для вызывающего списка

Keys

Получает коллекцию ключей

Values

Получает коллекцию значений

И наконец, в классе SortedList<TKey, TValue> реализуется приведенный ниже индексатор, определенный в интерфейсе IDictionary<TKey, TValue>

public TValue this[TKey key] { get; set; }

Этот индексатор служит для получения и установки значения элемента коллекции, а также для добавления в коллекцию нового элемента. Но в данном случае в качестве индекса служит ключ элемента, а не сам индекс. Давайте рассмотрим пример использования сортированного списка:

using System;

using System.Collections.Generic;

namespace ConsoleApplication1

{

class Program

{

static void Main()

{

// Создадим коллекцию сортированного списка

SortedList<string, string> UserInfo = new

SortedList<string, string>();

// Добавим несколько элементов в коллекию

UserInfo.Add("Zack", "12345");

UserInfo.Add("Den", "12346");

UserInfo.Add("Alex", "12347");

UserInfo.Add("John", "12348");

UserInfo.Add("Elhm", "12349");

UserInfo.Add("Lamar", "12340");

// Коллекция ключей

ICollection<string> keys = UserInfo.Keys;

// Теперь используем ключи для получения значений

foreach (string s in keys)

Console.WriteLine("User: {0}, Password: {1}", s, UserInfo[s]);

Console.ReadLine();

}

}

}

Выполнение программы:

User: Alex, Password: 12347

User: Den, Password: 12346

User: Elhm, Password: 12349

User: John, Password: 12348

User: Lamar, Password: 12340

User: Zack, Password: 12345

12.10Словарь: класс Dictionary<TKey, TValue>

Словарь (dictionary) представляет собой сложную структуру данных, позволяющую обеспечить доступ к элементам по ключу. Главное свойство словарей — быстрый поиск на основе ключей. Можно также свободно добавлять и удалять элементы, подобно тому, как это делается в List<T>, но без накладных расходов производительности, связанных с необходимостью смещения последующих элементов в памяти.

На следующем рисунке представлена упрощенная модель словаря. Здесь ключами словаря служат идентификаторы сотрудников, такие как В4711. Ключ трансформируется в хеш. В хеше создается число для ассоциации индекса со значением. После этого индекс содержит ссылку на значение. Изображенная модель является упрощенной, поскольку существует возможность того, что единственное вхождение индекса может быть ассоциировано с несколькими значениями, и индекс может храниться в виде дерева.

В .NET Framework предлагается несколько классов словарей. Главный класс, который можно использовать — это Dictionary<TKey, TValue>.