转载《 .NET 4 新增的 SortedSet 类》

微软在 .NET 3.5 新增了一个 HashSet 类，在 .NET 4 新增了一个 SortedSet 类，本文介绍他们的特性，并比较他们的异同。

.NET Collection 函数库的 HashSet、SortedSet 这两个泛型的类，都实现了 System.Collections.Generic.ISet 接口；但 Java 早在 1.2 (或更早) 之前的版本，即已提供了实现这两种数据结构的同名类 [10]，且还有更严谨的 TreeSet (里面存储的项，连类型都必须一致。当年还没有泛型)。

Set 是「集合」的意思，其在数学上的定义，是里面元素的存放没有特定的顺序，且不允许重复。我们先看以下 HashSet、SortedSet 的示例：

ISet<int> set = new HashSet<int>() { 5, 9, 2, 1, 2, 2, 3, 7, 4, 9, 9 };

foreach (int element in set)
Response.Write(string.Format(" {0}", element));

执行结果：

图 1　重复的元素自动被移除

同样的代码，把 HashSet 改成 SortedSet，如下：

ISet<int> set = new SortedSet<int>() { 5, 9, 2, 1, 2, 2, 3, 7, 4, 9, 9 };

foreach (int element in set)
Response.Write(string.Format(" {0}", element));

执行结果：

图 2　重复的元素自动被移除，且内部会自动做排序

我们看到 HashSet、SortedSet 这两个类，确实都不允许重复，但前者是按照元素加入的顺序存储，后者会再将加入的元素做排序，且能够在插入、删除和搜索元素时，仍维护数据的排列顺序。因此若您有耐心读到这里，就多学了一招：若平常编程时想过滤重复的项的话，就可以用这两个 Set 类，因为集合是不允许重复元素的。在 SortedSet 还没出现的 .NET 3.5 时代，我们必须用 HashSet 先移除重复的项，然后再排序；而现在的 .NET 4，我们就可以改用 SortedSet 一步实现移除重复并排序。

当然，若您的需求不同 (暂不考虑性能差别)，不希望默认自动排序，或不需要去除重复元素，可改用 List 类的 Sort 方法。此外，您也可把 HashSet 当作 key/value 配对的 Dictionary 类之中，只有 key 没有 value 来使用，因为 Dictionary (泛型的 HashTable) 其特性，和 HastSet 类似，元素也是没有特定的顺序，且不允许重复 (key 必须为唯一)。

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以下分别列出 .NET 平台上，HashSet、SortedSet 这两个类各自的一些特性：

HastSet 的特性 [11] ：

它的 Contains 方法 (确定 HashSet 对象是否包含指定的元素) 执行速度很快，因其为基于「哈希」的查找 (hash-based lookup)。
(另 Dictionary 类的检索速度也是非常快的，其「算法」的 Time Complexity 接近于 O(1)，这是因为 Dictionary 类是以一个哈希表来实现的)
它的 Add 方法 (将指定的元素添加到 HashSet 对象中)，如果 Count 小于内部数组的容量，则此方法的运算复杂度为 O(1)。如果必须调整 HashSet<T> 对象的大小，则此方法的运算复杂度将为 O(n)。[4]
它不能存储重复的元素，而且当插入的元素有重复时，也会自动被忽略。
无法从特定的位置，访问其中某个元素。

SortedSet 的特性 [6]：

它的 Contains 方法 (确定 HashSet 对象是否包含指定的元素) 执行速度很快，因其为基于「哈希」的查找 (hash-based lookup)。
它的 Add 方法 (将指定的元素添加到 HashSet 对象中)，如果 Count 小于内部数组的容量，则此方法的运算复杂度为 O(1)。如果必须调整 HashSet<T> 对象的大小，则此方法的运算复杂度将为 O(n)。(数据结构中的「红黑树 (Red-Black tree」) [3], [8]
它的 Add 方法，若添加了已存在的项时会被忽略，并且返回 False。
它不能存储重复的元素，而且当插入的元素有重复时，也会自动被忽略。
无法从特定的位置，访问其中某个元素。

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以下我们来看 .NET 里 HashSet 的一些示例：

示例一 - 测试查找的功能：

var set = new HashSet<char>("我爱编程");

Response.Write(set.Contains('我')); //True
Response.Write(set.Contains('你')); //False

上述示例中，我们能够将字符串，甚至中文字，传入 HashSet<char> 的构造函数，是因为 string 实现了 IEnumerable<char> 接口，而 HastSet 类也实现了 IEnumerable<T>。

示例二 - 测试 HashSet 内置的一些好用方法：

SymmetricExceptWith: 仅包含该对象或指定集合中存在的元素（但不可同时包含两者中的元素）。
UnionWith: 包含该对象本身和指定集合中存在的所有元素。
ExceptWith: 从当前 HashSet<T> 对象中移除指定集合中的所有元素。
IntersectWith: 仅包含该对象和指定集合中存在的元素。

using System;
using System.Collections.Generic;

class HashSetDemo
{
 static void Main()
 {
 HashSet<char> setA = new HashSet<char>();
 HashSet<char> setB = new HashSet<char>();

 setA.Add('A');
 setA.Add('B');
 setA.Add('C');

 setB.Add('C');
 setB.Add('D');
 setB.Add('E');

 Show("Initial content of setA: ", setA);
 Show("Initial content of setB: ", setB);

 setA.SymmetricExceptWith(setB); //把 setA、setB 各自特有、对方没有的元素列出来
 Show("setA after Symmetric difference with SetB: ", setA);

 setA.UnionWith(setB); //把 setA、setB 的全部元素列出来 (union 并集)
 Show("setA after union with setB: ", setA);

 setA.ExceptWith(setB); //把 setA 中，所拥有的 setB 元素移除
 Show("setA after subtracting setB: ", setA);

 setA.IntersectWith(setB); //把 setA 中，所拥有的 setB 元素列出
 Show("setA after intersect with setB: ", setA);

 Console.WriteLine();
 Console.Read();
 }

 static void Show(string msg, HashSet<char> set)
 {
 Console.Write(msg);
 foreach (char ch in set)
 Console.Write(ch + " ");
 Console.WriteLine();
 }
}

执行结果：

图 3

由于 HastSet<T> 实现了 IEnumerable<T> 接口，因此我们可把其他任何 set 当作参数，传入其他 set 类的运算方法里。

此外，LINQ 也有类似上述示例的 Intersect、Except、Union、Distinct 的 set 运算功能，有兴趣比较两者特性的网友，可参考 msdn 或网络上的文章 [5]。主要的差别在于，LINQ set 运算始终返回新的 IEnumerable<T> 集合，而 HashSet<T> 是修改当前的集合，且 HashSet 提供了比较多的 set 相关算符。

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到了 .NET 4 才新建的 SortedSet 类，除了有前述 HashSet 类所拥有的 SymmetricExceptWith、UnionWith、ExceptWith、IntersectWith 等好用的方法外，还有「GetViewBetween (制定范围)」、「Max (取最大值)」、「Min (取最小值)」等新增的好用方法。

以下我们来看 SortedSet 这三个方法的示例：

示例三 - 测试 GetViewBetween、Max、Min 方法：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq; //此为 Max()、Min() 方法的必要引用

var set = new SortedSet<int>() { 5, 9, 2, 1, 2, 2, 3, 7, 4, 9, 9 };

foreach (int element in set)
 Response.Write(string.Format(" {0}", element));

Response.Write("");
Response.Write("Max: " + set.Max() + " ");
Response.Write("Min: " + set.Min() + " ");

Response.Write(" 取 2 ~ 5 之间的值: ");

//只取值为 2 ~ 5 之间的元素
var subSet = set.GetViewBetween(2, 5);
foreach (int i in subSet)
{
 Response.Write(i + ",");
}

执行结果：

图 4