2026-04-19 C# 泛型集合類別（Generic Collection Classes）除了 list 還有其他種嗎?

2026-04-19 C# 泛型集合類別（Generic Collection Classes）除了 list 還有其他種嗎?

我:
泛型集合類別（Generic Collection Classes）除了 list 還有其他種嗎?

GPT:
當然，C# 中的泛型集合類別（Generic Collection Classes）非常豐富，不僅僅只有 List。這些泛型集合提供了不同的資料結構和功能，適用於各種不同的編程需求。以下是一些常用的泛型集合類別，除了 List 之外，還包括 Dictionary<TKey, TValue>、HashSet、Queue、Stack、LinkedList 等等。我們將一步步介紹這些集合的特性及其適用情境。

目錄
1. Dictionary<TKey, TValue>

2. HashSet

3. Queue

4. Stack

5. LinkedList

6. SortedList<TKey, TValue> 和 SortedDictionary<TKey, TValue>

7. SortedSet

8. ObservableCollection

9. Concurrent Collections（如 ConcurrentDictionary<TKey, TValue>）

10. 小結


1. Dictionary<TKey, TValue>
   概述：
Dictionary<TKey, TValue> 是一種鍵值對（Key-Value Pair）的集合，允許根據鍵快速查找值。每個鍵在字典中是唯一的。
   用途：
適用於需要快速查找、添加和移除元素的情境，特別是當你需要根據特定鍵來存取資料時。
   範例：
   using System;
   using System.Collections.Generic;

class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 創建一個 Dictionary<string, int>
Dictionary<string, int> ages = new Dictionary<string, int>();

    // 添加元素
    ages.Add("Alice", 30);
    ages.Add("Bob", 25);
    ages.Add("Charlie", 35);

    // 訪問元素
    int aliceAge = ages["Alice"];
    Console.WriteLine($"Alice 的年齡是 {aliceAge}"); // 輸出: Alice 的年齡是 30

    // 遍歷字典
    foreach (var kvp in ages)
    {
        Console.WriteLine($"{kvp.Key} 的年齡是 {kvp.Value}");
    }
}

}
輸出：
Alice 的年齡是 30
Alice 的年齡是 30
Bob 的年齡是 25
Charlie 的年齡是 35

2. HashSet
   概述：
HashSet 是一種不允許重複元素的集合，主要用於儲存唯一的元素，並提供高效的查找、添加和移除操作。
   用途：
適用於需要確保元素唯一性或執行集合運算（如聯集、交集、差集）的情境。
   範例：
   using System;
   using System.Collections.Generic;

class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 創建一個 HashSet
HashSet numbers = new HashSet();

    // 添加元素
    numbers.Add(1);
    numbers.Add(2);
    numbers.Add(3);
    bool added = numbers.Add(2); // 嘗試添加重複元素

    Console.WriteLine($"是否成功添加 2: {added}"); // 輸出: 是否成功添加 2: False

    // 遍歷 HashSet
    foreach (int number in numbers)
    {
        Console.WriteLine(number);
    }
}

}
輸出：
是否成功添加 2: False
1
2
3

3. Queue
   概述：
Queue 是一種先進先出（FIFO, First-In-First-Out）的集合，適用於需要按照元素加入順序處理的情境。
   用途：
常用於任務排程、廣度優先搜尋（BFS）等需要按順序處理元素的情境。
   範例：
   using System;
   using System.Collections.Generic;

class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 創建一個 Queue
Queue tasks = new Queue();

    // 添加元素
    tasks.Enqueue("任務1");
    tasks.Enqueue("任務2");
    tasks.Enqueue("任務3");

    // 處理元素
    while (tasks.Count > 0)
    {
        string currentTask = tasks.Dequeue();
        Console.WriteLine($"處理 {currentTask}");
    }
}

}
輸出：
處理 任務1
處理 任務2
處理 任務3

4. Stack
   概述：
Stack 是一種後進先出（LIFO, Last-In-First-Out）的集合，適用於需要反向處理元素的情境。
   用途：
常用於實現遞迴、處理撤銷操作（Undo）、解析表達式等需要反向處理的情境。
   範例：
   using System;
   using System.Collections.Generic;

class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 創建一個 Stack
Stack numbers = new Stack();

    // 添加元素
    numbers.Push(1);
    numbers.Push(2);
    numbers.Push(3);

    // 處理元素
    while (numbers.Count > 0)
    {
        int currentNumber = numbers.Pop();
        Console.WriteLine($"彈出 {currentNumber}");
    }
}

}
輸出：
彈出 3
彈出 2
彈出 1

5. LinkedList
   概述：
LinkedList 是一種雙向鏈結串列，允許在任意位置高效地添加和移除元素。
   用途：
適用於需要頻繁在中間插入或刪除元素的情境，尤其是在不需要隨機存取的情況下。
   範例：
   using System;
   using System.Collections.Generic;

class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 創建一個 LinkedList
LinkedList cities = new LinkedList();

    // 添加元素
    cities.AddLast("New York");
    cities.AddLast("Los Angeles");
    cities.AddFirst("Chicago");

    // 插入元素
    LinkedListNode<string> node = cities.Find("New York");
    if (node != null)
    {
        cities.AddBefore(node, "Houston");
    }

    // 遍歷 LinkedList
    foreach (string city in cities)
    {
        Console.WriteLine(city);
    }
}

}
輸出：
Chicago
Houston
New York
Los Angeles

6. SortedList<TKey, TValue> 和 SortedDictionary<TKey, TValue>
   概述：
   • SortedList<TKey, TValue>：基於鍵的排序，並且使用陣列實現，適合讀取操作多於寫入操作的情境。

   • SortedDictionary<TKey, TValue>：基於樹結構實現，適合頻繁添加和刪除元素的情境。

   用途：
當需要根據鍵自動排序並快速查找元素時使用。
   範例：SortedDictionary<TKey, TValue>
   using System;
   using System.Collections.Generic;

class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 創建一個 SortedDictionary<int, string>
SortedDictionary<int, string> sortedDict = new SortedDictionary<int, string>();

    // 添加元素
    sortedDict.Add(3, "三");
    sortedDict.Add(1, "一");
    sortedDict.Add(2, "二");

    // 遍歷 SortedDictionary（按鍵排序）
    foreach (var kvp in sortedDict)
    {
        Console.WriteLine($"鍵: {kvp.Key}, 值: {kvp.Value}");
    }
}

}
輸出：
鍵: 1, 值: 一
鍵: 2, 值: 二
鍵: 3, 值: 三

7. SortedSet
   概述：
SortedSet 是一種自動排序且不允許重複元素的集合，基於紅黑樹實現。
   用途：
適用於需要儲存唯一元素並保持排序的情境，並且支持高效的集合運算（如聯集、交集）。
   範例：
   using System;
   using System.Collections.Generic;

class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 創建一個 SortedSet
SortedSet numbers = new SortedSet { 5, 3, 8, 1, 2 };

    // 添加元素
    numbers.Add(4);

    // 嘗試添加重複元素
    bool added = numbers.Add(3); // 不會添加成功

    Console.WriteLine($"是否成功添加 3: {added}"); // 輸出: 是否成功添加 3: False

    // 遍歷 SortedSet（自動排序）
    foreach (int number in numbers)
    {
        Console.WriteLine(number);
    }
}

}
輸出：
是否成功添加 3: False
1
2
3
4
5
8

8. ObservableCollection
   概述：
ObservableCollection 是一種特殊的集合，當集合中的元素發生變化（添加、移除）時，會發出通知。常用於資料綁定（Data Binding）場景，如 WPF 或 Xamarin 應用程式。
   用途：
適用於需要監聽集合變化並自動更新 UI 的情境。
   範例：
   using System;
   using System.Collections.ObjectModel;
   using System.Collections.Specialized;

class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 創建一個 ObservableCollection
ObservableCollection fruits = new ObservableCollection();

    // 訂閱 CollectionChanged 事件
    fruits.CollectionChanged += Fruits_CollectionChanged;

    // 添加元素
    fruits.Add("Apple");
    fruits.Add("Banana");
    fruits.Remove("Apple");
}

private static void Fruits_CollectionChanged(object sender, NotifyCollectionChangedEventArgs e)
{
    if (e.Action == NotifyCollectionChangedAction.Add)
    {
        foreach (string newItem in e.NewItems)
        {
            Console.WriteLine($"添加: {newItem}");
        }
    }
    else if (e.Action == NotifyCollectionChangedAction.Remove)
    {
        foreach (string oldItem in e.OldItems)
        {
            Console.WriteLine($"移除: {oldItem}");
        }
    }
}

}
輸出：
添加: Apple
添加: Banana
移除: Apple

9. Concurrent Collections（如 ConcurrentDictionary<TKey, TValue>）
   概述：
Concurrent Collections 是一組為多線程環境設計的集合類別，提供線程安全的操作。常見的有 ConcurrentDictionary<TKey, TValue>、ConcurrentBag、ConcurrentQueue 等。
   用途：
適用於需要在多線程環境下安全地存取和修改集合的情境，避免競爭條件（Race Conditions）。
   範例：ConcurrentDictionary<TKey, TValue>
   using System;
   using System.Collections.Concurrent;
   using System.Threading.Tasks;

class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 創建一個 ConcurrentDictionary<string, int>
ConcurrentDictionary<string, int> concurrentDict = new ConcurrentDictionary<string, int>();

    // 使用多線程添加元素
    Parallel.For(0, 1000, i =>
    {
        concurrentDict.TryAdd($"Key{i}", i);
    });

    Console.WriteLine($"字典中有 {concurrentDict.Count} 個元素");
}

}
輸出：
字典中有 1000 個元素

10. 小結
    C# 提供了豐富的泛型集合類別，每種類型都有其特定的用途和優勢。以下是各主要泛型集合類別的快速比較：
    集合類別
    特性
    適用情境
    List
    動態大小、快速隨機存取
    一般用途，需要頻繁添加和訪問元素
    Dictionary<TKey, TValue>
    鍵值對、快速查找
    根據鍵存取值，需要唯一鍵
    HashSet
    唯一元素、快速查找、集合運算
    需要確保元素唯一性，執行聯集、交集等集合運算
    Queue
    FIFO（先進先出）
    任務排程、廣度優先搜尋等按順序處理元素的情境
    Stack
    LIFO（後進先出）
    實現遞迴、處理撤銷操作等需要反向處理的情境
    LinkedList
    雙向鏈結、快速插入和移除元素
    頻繁在中間插入或刪除元素，不需要隨機存取
    SortedList<TKey, TValue>
    鍵排序、基於陣列實現
    需要根據鍵排序且讀取操作多於寫入操作的情境
    SortedDictionary<TKey, TValue>
    鍵排序、基於樹結構實現
    需要根據鍵排序且頻繁添加和刪除元素的情境
    SortedSet
    自動排序、唯一元素、集合運算
    需要儲存唯一且自動排序的元素，支持集合運算
    ObservableCollection
    集合變化通知
    資料綁定場景，如 WPF、Xamarin，需監聽集合變化
    ConcurrentDictionary<TKey, TValue>
    線程安全、適用於多線程環境
    多線程環境下需要安全存取和修改字典的情境
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