編寫高質量代碼改善C#程序——使用泛型集合代替非泛型集合(建議20)

軟件開發過程中，不可避免會用到集合，C#中的集合表現為數組和若干集合類。不管是數組還是集合類，它們都有各自的優缺點。如何使用好集合是我們在開發過程中必須掌握的技巧。不要小看這些技巧，一旦在開發中使用了錯誤的集合或針對集合的方法，應用程序將會背離你的預想而運行。

建議20：使用泛型集合代替非泛型集合

在建議1中我們知道，如果要讓代碼高效運行，應該盡量避免裝箱和拆箱，以及盡量減少轉型。很遺憾，在微軟提供給我們的第一代集合類型中沒有做到這一點，下面我們看ArrayList這個類的使用情況：

  ArrayList al=new ArrayList();
      al.Add(0);
      al.Add(1);
      al.Add("mike");
      foreach (var item in al)
      {
        Console.WriteLine(item);
      }

上面這段代碼充分演示了我們可以將程序寫得多麼糟糕。

首先，ArrayList的Add方法接受一個object參數，所以al.Add(1)首先會完成一次裝箱；其次，在foreach循環中，待遍歷到它時，又將完成一次拆箱。

在這段代碼中，整形和字符串作為值類型和引用類型，都會先被隱式地強制轉型為object，然後在foreach循環中又被轉型回來。

同時，這段代碼也是非類型安全的：我們然ArrayList同時存儲了整型和字符串，但是缺少編譯時的類型檢查。雖然有時候需要有意這樣去實現，但是更多的時候，應該盡量避免。缺少類型檢查，在運行時會帶來隱含的Bug。集合類ArrayList如果進行如下所示的運算，就會拋出一個IvalidCastException：          

 ArrayList al=new ArrayList();
      al.Add(0);
      al.Add(1);
      al.Add("mike");
      int t = 0;
      foreach (int item in al)
      {
        t += item;
      }

ArrayList同時還提供了一個帶ICollection參數的構造方法，可以直接接收數組，如下所示：

var intArr = new int[] {0, 1, 2, 3};
ArrayList al=new ArrayList(intArr);

該方法內部實現一樣糟糕，如下所示（構造方法內部最終調用了下面的InsertRange方法）：

public virtual void InsertRange(int index, ICollection c)
{
  if (c == null)
  {
    throw new ArgumentNullException("c", Environment.GetResourceString("ArgumentNull_Collection"));
  }
  if ((index < 0) || (index > this._size))
  {
    throw new ArgumentOutOfRangeException("index", Environment.GetResourceString("ArgumentOutOfRange_Index"));
  }
  int count = c.Count;
  if (count > 0)
  {
    this.EnsureCapacity(this._size + count);
    if (index < this._size)
    {
      Array.Copy(this._items, index, this._items, index + count, this._size - index);
    }
    object[] array = new object[count];
    c.CopyTo(array, 0);
    array.CopyTo(this._items, index);
    this._size += count;
    this._version++;
  }
}

概括來講，如果對大型集合進行循環訪問、轉型或裝箱和拆箱操作，使用ArrayList這樣的傳統集合對效率影響會非常大。鑒於此，微軟提供了對泛型的支持。泛型使用一對<>括號將實際類型括起來，然後編譯器和運行時會完成剩余的工作。微軟也不建議大家使用ArrayList這樣的類型了，轉而建議使用它們的泛型實現，如List<T>。

注意，非泛型集合在System.Collections命名空間下，對應的泛型集合則在System.Collections.Generic命名空間下。

建議一開始的那段代碼的泛型實現為：           

List<int> intList = new List<int>();
      intList.Add(1);
      intList.Add(2);
      //intList.Add("mike");
      foreach (var item in intList)
      {
        Console.WriteLine(item);
      }

代碼中被注釋的那一行不會被編譯通過，因為“mike"不是整型，這裡就體現了類型安全的特點。

下面比較了非泛型集合和泛型集合在運行中的效率：

 static void Main(string[] args)
    {
      Console.WriteLine("開始測試ArrayList:");
      TestBegin();
      TestArrayList();
      TestEnd();
      Console.WriteLine("開始測試List<T>:");
      TestBegin();
      TestGenericList();
      TestEnd();
    }
    static int collectionCount = 0;
    static Stopwatch watch = null;
    static int testCount = 10000000;
    static void TestBegin()
    {
      GC.Collect();  //強制對所有代碼進行即時垃圾回收
      GC.WaitForPendingFinalizers(); //掛起線程，執行終結器隊列中的終結器（即析構方法）
      GC.Collect();  //再次對所有代碼進行垃圾回收，主要包括從終結器隊列中出來的對象
      collectionCount = GC.CollectionCount(0);  //返回在0代碼中執行的垃圾回收次數
      watch = new Stopwatch();
      watch.Start();
    }

    static void TestEnd()
    {
      watch.Stop();
      Console.WriteLine("耗時：" + watch.ElapsedMilliseconds.ToString());
      Console.WriteLine("垃圾回收次數：" + (GC.CollectionCount(0) - collectionCount));
    }

    static void TestArrayList()
    {
      ArrayList al = new ArrayList();
      int temp = 0;
      for (int i = 0; i < testCount; i++)
      {
        al.Add(i);
        temp = (int)al[i];
      }
      al = null;
    }

    static void TestGenericList()
    {
      List<int> listT = new List<int>();
      int temp = 0;
      for (int i = 0; i < testCount; i++)
      {
        listT.Add(i);
        temp = listT[i];
      }
      listT = null;
    }

輸出為：

開始測試ArrayList:

耗時：2375

垃圾回收次數：26

開始測試List<T>:

耗時：220

垃圾回收次數：5

以上介紹了編寫高質量代碼改善C#程序——使用泛型集合代替非泛型集合(建議20)，有關編寫高質量代碼建議1到建議157，本完整會持續更新，敬請關注，謝謝。