6. 实现IDictionary接口中的Keys和Values属性
现在我们可以着眼于IDictionary接口的实现。第4节中，专门针对这个接口做了一个最简化的例子，我们来回顾一下，它是怎么实现IDictionary接口中的Keys和Values属性的。
public ICollection Keys
{ //返回所有键的集合
get
{ //把所有键的集合拷贝到新数组中并返回
Object[] keys = new Object[ItemsInUse];
for (Int32 n = 0; n < ItemsInUse; n++)
keys[n] = items[n].Key;
return keys;
}
}
public ICollection Values
{ //返回所有值的集合
get
{ //把所有值的集合拷贝到新数组中并返回
Object[] values = new Object[ItemsInUse];
for (Int32 n = 0; n < ItemsInUse; n++)
values[n] = items[n].Value;
return values;
}
}
可以很清楚地看到，它把数组里的所有元素拷贝到另一块内存空间中并返回，这再一次带来了性能问题，如果频繁地访问Keys和Values属性还会给垃圾回收带来压力。最好的解决办法当然是直接引用而不是拷贝数组里的元素，你还希望增加一些功能，可以使用索引访问Keys属性或Values属性所返回的ICollection。但从第5节中的图2（最好直接下载下来以方便观看）中可以看到ICollection接口只有寥寥几个成员，并没有Item属性，怎么办呢？当然是从ICollection的子接口中寻找合适的接口了。我们知道，ICollection接口是集合接口的基接口，而它的子接口则是更专用的集合接口，如IDictionary表示带有键\值对的集合，IList表示值的集合，它们都可以按索引访问。
所以这一次你决定另外实现公有的Keys和Values属性，并返回一个ILst<T>接口，并手动实现它，一方面满足所有的功能，另一方面也可以实现IDictionary和IDictionary<TKey, TValue>接口的Keys和Values属性。好，先来看看ILst<T>接口的关系图：
图4 IList<T>接口关系图
可以看到，实现它并不简单，好在我们将屏蔽所有对元素进行改动的功能。当然，首先还是要要实现一个枚举器（感觉又回到了第2节：http://cgbluesky.blog.163.com/blog/static/241235582008113103320661/ ），不同的地方在于，这次枚举器跟调用类的关系不再是嵌套关系，它们处于同一层次，都是ReversibleSortedList的嵌套类。另外由于引用外部类集合，这里也不需要考虑反向排序的问题。
下面是Keys属性枚举时所需要的枚举器：
ReversibleSortedListKeyEnumerator#region ReversibleSortedListKeyEnumerator
private sealed class ReversibleSortedListKeyEnumerator :
IEnumerator<TKey>, IDisposable, IEnumerator
{
// 成员变量
private ReversibleSortedList<TKey, TValue> _ReversibleSortedList;
private TKey currentKey; //记录当前值
private int index; //记录当前索引
private int version; //记录此类创建时，外部类的版本号
//构造方法
internal ReversibleSortedListKeyEnumerator(
ReversibleSortedList<TKey, TValue> ReversibleSortedList)
{ //传递外部类元素所在集合的引用
this._ReversibleSortedList = ReversibleSortedList;
this.version = ReversibleSortedList.version;
}
public void Dispose()
{
this.index = 0;
this.currentKey = default(TKey);
}
public bool MoveNext()
{
if (this.version != this._ReversibleSortedList.version)
{
throw new InvalidOperationException(
"枚举版本检查错误");
}
if (this.index < this._ReversibleSortedList.Count)
{
this.currentKey = this._ReversibleSortedList.keys[this.index];
this.index++;
return true;
}
this.index = this._ReversibleSortedList.Count + 1;
this.currentKey = default(TKey);
return false;
}
void IEnumerator.Reset()
{
if (this.version != this._ReversibleSortedList.version)
{
throw new InvalidOperationException(
"枚举版本检查错误");
}
this.index = 0;
this.currentKey = default(TKey);
}
// 属性
public TKey Current
{
get
{
return this.currentKey;
}
}
object IEnumerator.Current
{
get
{
if ((this.index == 0) || (this.index ==
(this._ReversibleSortedList.Count + 1)))
{
throw new InvalidOperationException(
"不能进行枚举操作");
}
return this.currentKey;
}
}
}
#endregion
同理，Values属性枚举时所需要的枚举器代码类似：
ReversibleSortedListValueEnumerator#region ReversibleSortedListValueEnumerator
private sealed class ReversibleSortedListValueEnumerator :
IEnumerator<TValue>, IDisposable, IEnumerator
{
// 成员变量
private ReversibleSortedList<TKey, TValue> _ReversibleSortedList;
private TValue currentValue;
private int index;
private int version;
internal ReversibleSortedListValueEnumerator(
ReversibleSortedList<TKey, TValue> ReversibleSortedList)
{
this._ReversibleSortedList = ReversibleSortedList;
this.version = ReversibleSortedList.version;
}
public void Dispose()
{
this.index = 0;
this.currentValue = default(TValue);
}
public bool MoveNext()
{
if (this.version != this._ReversibleSortedList.version)
{
throw new InvalidOperationException(
"Enumeration failed version check");
}
if (this.index < this._ReversibleSortedList.Count)
{
this.currentValue = this._ReversibleSortedList.values[this.index];
this.index++;
return true;
}
this.index = this._ReversibleSortedList.Count + 1;
this.currentValue = default(TValue);
return false;
}
void IEnumerator.Reset()
{
if (this.version != this._ReversibleSortedList.version)
{
throw new InvalidOperationException(
"Enumeration failed version check");
}
this.index = 0;
this.currentValue = default(TValue);
}
// 属性
public TValue Current
{
get
{
return this.currentValue;
}
}
object IEnumerator.Current
{
get
{
if ((this.index == 0) || (this.index ==
(this._ReversibleSortedList.Count + 1)))
{
throw new InvalidOperationException(
"Enumeration operation could not occur");
}
return this.currentValue;
}
}
}
#endregion
枚举器实现了，接下来实现Keys所需要的IList<T>。注意，这里通过弹出异常屏蔽了所有企图对元素进行修改的操作。
KeyListK,V#region KeyList<K,V>
private sealed class KeyList<K, V> : IList<K>, ICollection<K>,
IEnumerable<K>, ICollection, IEnumerable
{
// 成员变量
private ReversibleSortedList<K, V> _dict;
//成员方法
internal KeyList(ReversibleSortedList<K, V> dictionary)
{
this._dict = dictionary;
}
public void Add(K key)
{
throw new NotSupportedException("不支持Add操作");
}
public void Clear()
{
throw new NotSupportedException("不支持Clear操作");
}
public bool Contains(K key)
{
return this._dict.ContainsKey(key);
}
public void CopyTo(K[] array, int arrayIndex)
{
Array.Copy(this._dict.keys, 0, array, arrayIndex, this._dict.Count);
}
public IEnumerator<K> GetEnumerator()
{
return new
ReversibleSortedList<K, V>.ReversibleSortedListKeyEnumerator(
this._dict);
}
public int IndexOf(K key)
{
if (key == null)
{
throw new ArgumentNullException("key");
}
int num1 = Array.BinarySearch<K>(this._dict.keys, 0,
this._dict.Count, key,
this._dict._sortDirectionComparer);
if (num1 >= 0)
{
return num1;
}
return -1;
}
public void Insert(int index, K value)
{
throw new NotSupportedException("不支持Insert操作");
}
public bool Remove(K key)
{
return false;
}
public void RemoveAt(int index)
{
throw new NotSupportedException("不支持RemoveAt操作");
}
void ICollection.CopyTo(Array array, int arrayIndex)
{
if ((array != null) && (array.Rank != 1))
{
throw new ArgumentException(
"不支持多维数组");
}
try
{
Array.Copy(this._dict.keys, 0, array, arrayIndex,
this._dict.Count);
}
catch (ArrayTypeMismatchException atme)
{
throw new ArgumentException("错误的数组类型", atme);
}
}
IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
{
return new
ReversibleSortedList<K, V>.ReversibleSortedListKeyEnumerator(
this._dict);
}
// 属性
public int Count
{
get
{
return this._dict._size;
}
}
public bool IsReadOnly
{
get
{
return true;
}
}
public K this[int index]
{
get
{
return this._dict.GetKey(index);
}
set
{
throw new NotSupportedException("不支持通过索引进行更改的操作");
}
}
bool ICollection.IsSynchronized
{
get
{
return false;
}
}
object ICollection.SyncRoot
{
get
{
return this._dict;
}
}
}
#endregion
同理，Values所需要的Llist<T>代码相似：
ValueList K, V definition#region ValueList <K, V> definition
private sealed class ValueList<K, V> : IList<V>, ICollection<V>,
IEnumerable<V>, ICollection, IEnumerable
{
// 成员变量
private ReversibleSortedList<K, V> _dict;
// 成员方法
internal ValueList(ReversibleSortedList<K, V> dictionary)
{
this._dict = dictionary;
}
public void Add(V key)
{
throw new NotSupportedException("不支持Add操作");
}
public void Clear()
{
throw new NotSupportedException("不支持Clear操作");
}
public bool Contains(V value)
{
return this._dict.ContainsValue(value);
}
public void CopyTo(V[] array, int arrayIndex)
{
Array.Copy(this._dict.values, 0, array, arrayIndex, this._dict.Count);
}
public IEnumerator<V> GetEnumerator()
{
return new
ReversibleSortedList<K, V>.ReversibleSortedListValueEnumerator(
this._dict);
}
public int IndexOf(V value)
{
return Array.IndexOf<V>(this._dict.values, value, 0, this._dict.Count);
}
public void Insert(int index, V value)
{
throw new NotSupportedException("不支持Insert操作");
}
public bool Remove(V value)
{
return false;
}
public void RemoveAt(int index)
{
throw new NotSupportedException("不支持RemoveAt操作");
}
void ICollection.CopyTo(Array array, int arrayIndex)
{
if ((array != null) && (array.Rank != 1))
{
throw new ArgumentException(
"不支持多维数组");
}
try
{
Array.Copy(this._dict.values, 0, array, arrayIndex,
this._dict.Count);
}
catch (ArrayTypeMismatchException atme)
{
throw new ArgumentException("错误的数组类型", atme);
}
}
IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
{
return new
ReversibleSortedList<K, V>.ReversibleSortedListValueEnumerator(
this._dict);
}
// 属性
public int Count
{
get
{
return this._dict._size;
}
}
public bool IsReadOnly
{
get
{
return true;
}
}
public V this[int index]
{
get
{
return this._dict.GetByIndex(index);
}
set
{
throw new NotSupportedException("不支持通过索引改变元素值");
}
}
bool ICollection.IsSynchronized
{
get
{
return false;
}
}
object ICollection.SyncRoot
{
get
{
return this._dict;
}
}
}
#endregion
上面两个IList<T>接口代码调用了外部类的一些方法，需要把它们添加到ReversibleSortedList类中：
公有方法如下：
//查找指定键索引
public int IndexOfKey(TKey key)
{
if (key.Equals(null))
{
throw new ArgumentNullException("key");
}
int num1 = Array.BinarySearch<TKey>(this.keys, 0, this._size, key,
this._sortDirectionComparer);
if (num1 < 0)
{
return -1;
}
return num1;
}
//查找指定值索引
public int IndexOfValue(TValue value)
{
return Array.IndexOf<TValue>(this.values, value, 0, this._size);
}
//判断是否包含指定键
public bool ContainsKey(TKey key)
{
return (this.IndexOfKey(key) >= 0);
}
//判断是否包含指定值
public bool ContainsValue(TValue value)
{
return (this.IndexOfValue(value) >= 0);
}
私有方法如下：
private TValue GetByIndex(int index)
{
if ((index < 0) || (index >= this._size))
{
throw new ArgumentOutOfRangeException("index", "Index out of range");
}
return this.values[index];
}
//返回指定索引的键
private TKey GetKey(int index)
{
if ((index < 0) || (index >= this._size))
{
throw new ArgumentOutOfRangeException("index", "Index out of range");
}
return this.keys[index];
}
private void Insert(int index, TKey key, TValue value)
{ //在指定索引入插入数据
if (this._size == this.keys.Length)
{
this.EnsureCapacity(this._size + 1);
}
if (index < this._size)
{ //当插入元素不是添加在未尾时，移动插入点后面的元素
Array.Copy(this.keys, index, this.keys, (int)(index + 1),
(int)(this._size - index));
Array.Copy(this.values, index, this.values, (int)(index + 1),
(int)(this._size - index));
}
this.keys[index] = key; //在插入点插入键
this.values[index] = value; //在插入点插入值
this._size++;
this.version++;
}
private KeyList<TKey, TValue> GetKeyListHelper()
{ //获取键的IList<T>集合
if (this.keyList == null)
{
this.keyList = new KeyList<TKey, TValue>(this);
}
return this.keyList;
}
private ValueList<TKey, TValue> GetValueListHelper()
{ //获取值的IList<T>集合
if (this.valueList == null)
{
this.valueList = new ValueList<TKey, TValue>(this);
}
return this.valueList;
}
写了这么多代码，终于可以实现Keys和Values属性了。
首先添加这两个属性所需的成员变量：
private KeyList<TKey, TValue> keyList;
private ValueList<TKey, TValue> valueList;
然后实现Keys和Values属性，以上这么多代码，就是为了这两个属性：
public IList<TKey> Keys
{
get
{
return this.GetKeyListHelper();
}
}
public IList<TValue> Values
{
get
{
return this.GetValueListHelper();
}
}
看到这，你是不是有些不耐烦了，反正我是有这样的感觉了。但有一点你必须明白，FCL里的代码就是这么实现的。
好，做了这么多工作，终于可以看看成果，测试一下是否可用了。在Main方法添加如下代码：
static void Main()
{
ReversibleSortedList<int, string> rs = new ReversibleSortedList<int, string>();
//添加元素
rs.Add(3, "a");
rs.Add(1, "b");
rs.Add(2, "c");
rs.Add(6, "d");
rs.Add(5, "e");
rs.Add(4, "f");
//打印键/值
foreach (KeyValuePair<int, string> d in rs)
{
Console.WriteLine(d.Key + " " + d.Value);
}
//打印键，这里访问了Keys属性
foreach (int i in rs.Keys)
{
Console.Write(i + " ");
}
Console.WriteLine();//换行
//打印值，这里访问了Values属性
foreach (string s in rs.Values)
{
Console.Write(s + " ");
}
Console.WriteLine();//换行
Console.WriteLine(rs.Keys[3]); //通过索引访问键
Console.WriteLine(rs.Values[4]); //通过索引访问值
}
上帝啊！太痛苦了，如果你也有这样的感觉，请下载现成的代码，更改Main()方法里的东西，尝试是否能通过Keys和Values属性更改元素。
ReversibleSortedList 0.5版本：实现Keys和Values属性
完整代码下载
运行结果：
1 b
2 c
3 a
4 f
5 e
6 d
1 2 3 4 5 6
b c a f e d
4
e
