Dictionary 学习笔记

一、基础概念与用法

1.1 什么是 Dictionary？

Dictionary<TKey, TValue> 是 C# 中非常常用的键值对集合，属于 System.Collections.Generic 命名空间。

• ✅ 特点：

  • 每个元素由一个键（Key） 和一个值（Value） 组成。
  • 键必须唯一，不能重复；值可以重复。
  • 查询速度快（基于哈希表实现）。
  • 类似于其他语言中的“Map”或“Hash”。

💡 类比理解：想象一个电话簿 —— “姓名”是 Key，“电话号码”是 Value，通过姓名快速找到号码。

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1.2 如何定义和初始化？

using System;
using System.Collections.Generic;

// 定义一个字典：Key 是 string，Value 是 int
Dictionary<string, int> studentScores = new Dictionary<string, int>();

// 初始化时赋值（C# 6+ 推荐写法）
var scores = new Dictionary<string, int>
{
    { "张三", 85 },
    { "李四", 92 },
    { "王五", 78 }
};

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1.3 常用方法与操作

✅ 添加元素

scores.Add("赵六", 90); // 添加新键值对
// 或者直接赋值（如果键已存在会覆盖！）
scores["赵六"] = 95; // 覆盖原值

⚠️ 注意：Add() 方法如果键已存在会抛出异常！推荐使用 TryAdd() 或直接赋值。

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✅ 获取元素

int score = scores["张三"]; // 直接通过键获取值（若键不存在会报错！）

// 更安全的做法：使用 TryGetValue
if (scores.TryGetValue("张三", out int foundScore))
{
    Console.WriteLine($"张三的分数是：{foundScore}");
}
else
{
    Console.WriteLine("找不到该学生！");
}

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✅ 修改与删除

// 修改值
scores["张三"] = 88;

// 删除指定键
scores.Remove("李四");

// 清空所有元素
scores.Clear();

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✅ 遍历字典

foreach (KeyValuePair<string, int> kvp in scores)
{
    Console.WriteLine($"{kvp.Key}: {kvp.Value}");
}

// 或者使用解构语法（C# 7+）
foreach (var (name, score) in scores)
{
    Console.WriteLine($"{name}: {score}");
}

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✅ 判断是否包含键或值

bool hasZhangSan = scores.ContainsKey("张三");     // true
bool has90 = scores.ContainsValue(90);             // false（已被覆盖）

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二、进阶知识点

2.1 Dictionary vs 其他集合对比

集合类型	特点
Dictionary<TKey, TValue>	键值对结构，查询快，键唯一，适合查找场景
List<T>	有序列表，按索引访问，适合顺序遍历或频繁插入/删除中间元素
HashSet<T>	无序、无重复元素，适合去重和快速判断是否存在
SortedDictionary	保持按键排序，查询稍慢但遍历时有序（适合需要排序的场景）

✅ 选择建议：

• 需要“通过名字找数据” → 选 Dictionary
• 需要“保存一堆不重复的名字” → 选 HashSet
• 需要“按添加顺序或排序展示” → 选 List 或 SortedDictionary

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2.2 性能特点

• 🔍 查找性能：平均 O(1)，非常快！因为底层是哈希表。
• 📈 插入/删除性能：平均 O(1)，但在哈希冲突严重时可能退化。
• ⚖️ 内存开销：比数组或 List 略高，因为要存储键和哈希信息。

📌 提示：如果你知道最终容量，可以提前指定容量减少扩容开销：

var dict = new Dictionary<string, int>(100); // 预分配空间

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2.3 线程安全问题

❗ 重要提醒：Dictionary<TKey, TValue> 不是线程安全的！

多个线程同时读写会导致不可预知错误（如 InvalidOperationException）。

解决方案：

✅ 方案一：手动加锁

private static readonly object _lock = new object();

lock (_lock)
{
    scores["张三"] = 85;
}

✅ 方案二：使用线程安全版本 ConcurrentDictionary

using System.Collections.Concurrent;

var concurrentDict = new ConcurrentDictionary<string, int>();
concurrentDict.TryAdd("张三", 85);
concurrentDict["李四"] = 90; // 支持直接赋值

💡 ConcurrentDictionary 是专门为多线程设计的，内部做了并发控制，推荐在多线程环境中使用。

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2.4 自定义键类型注意事项

如果键是自定义类，必须重写 Equals() 和 GetHashCode() 方法，否则可能无法正确查找！

public class Student
{
    public string Name { get; set; }
    public int Id { get; set; }

    public override bool Equals(object obj)
    {
        if (obj is Student other)
            return Id == other.Id && Name == other.Name;
        return false;
    }

    public override int GetHashCode()
    {
        return HashCode.Combine(Id, Name);
    }
}

📌 否则可能出现：明明对象相同，却查不到的情况！

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三、实际工作中的使用场景

3.1 场景一：缓存数据（提升性能）

比如缓存用户信息，避免重复查询数据库：

private static readonly Dictionary<int, User> _userCache = new();

public User GetUser(int userId)
{
    if (!_userCache.TryGetValue(userId, out User user))
    {
        user = LoadUserFromDatabase(userId); // 从数据库加载
        _userCache[userId] = user;           // 缓存起来
    }
    return user;
}

✅ 优点：首次加载后，后续访问几乎瞬间返回，大幅提升响应速度。

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3.2 场景二：配置管理 / 映射关系

比如根据国家代码映射国家名称：

var countryMap = new Dictionary<string, string>
{
    { "CN", "中国" },
    { "US", "美国" },
    { "JP", "日本" }
};

string name = countryMap["CN"]; // 输出：中国

✅ 适合处理“枚举型”或“映射型”数据，清晰直观。

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3.3 场景三：统计频率（计数器）

比如统计单词出现次数：

var wordCount = new Dictionary<string, int>();

string[] words = { "apple", "banana", "apple", "orange", "banana", "apple" };

foreach (string word in words)
{
    wordCount[word] = wordCount.GetValueOrDefault(word, 0) + 1;
}

foreach (var kvp in wordCount)
{
    Console.WriteLine($"{kvp.Key}: {kvp.Value}次");
}

✅ GetValueOrDefault(key, defaultValue) 是处理“键不存在时默认值”的好帮手！

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3.4 场景四：状态机 / 事件分发

比如根据不同指令执行不同方法：

var commandHandlers = new Dictionary<string, Action>
{
    { "start", () => Console.WriteLine("开始游戏") },
    { "pause", () => Console.WriteLine("暂停游戏") },
    { "quit",  () => Console.WriteLine("退出游戏") }
};

string input = "start";
if (commandHandlers.TryGetValue(input, out Action handler))
{
    handler();
}

✅ 优雅替代大量 switch-case 或 if-else，代码更简洁可扩展！

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🎯 总结速查表

操作	方法/语法
创建字典	new Dictionary<TKey, TValue>()
添加元素	.Add(key, value) 或 dict[key] = val
获取值	dict[key] 或 .TryGetValue(...)
删除元素	.Remove(key)
判断是否存在	.ContainsKey(key)
遍历	foreach(var kvp in dict)
多线程安全	使用 ConcurrentDictionary
自定义键类型	必须重写 Equals 和 GetHashCode

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📚 学习小贴士

• ✅ 初学阶段先掌握增删改查和遍历，别急着看源码。
• ✅ 实际编码中多用 TryGetValue 避免异常。
• ✅ 多线程环境务必使用 ConcurrentDictionary。
• ✅ 自定义键类一定要重写 Equals 和 GetHashCode！