C# 字典(Dictionary)教程：从基础到高级应用
字典(Dictionary)是C#中最常用的集合类型之一，它存储键值对(Key-Value Pair)并提供高效的查找功能。本教程将全面介绍C#中字典的使用方法，包括基本操作、高级特性和实际应用场景。
1. 字典的基本概念
字典是一种关联集合，具有以下特点：
- 键值对存储：每个元素由一个唯一的键(Key)和一个关联的值(Value)组成
- 快速查找：通过键可以快速访问对应的值，平均时间复杂度为O(1)
- 唯一键：字典中的键必须是唯一的，不能重复
- 无序性：.NET中的字典不保证元素的顺序(虽然.NET Core 3.0+提供了有序字典)
2. 创建字典
2.1 基本创建方式
usingSystem;usingSystem.Collections.Generic;classProgram{staticvoidMain(){// 创建空字典(非泛型，不推荐)Dictionarydictionary=newDictionary();// 创建泛型字典(推荐)Dictionary<string,int>ageDictionary=newDictionary<string,int>();// 使用集合初始化器Dictionary<string,string>capitalDictionary=newDictionary<string,string>{{"China","Beijing"},{"USA","Washington D.C."},{"Japan","Tokyo"}};}}推荐使用泛型版本Dictionary<TKey, TValue>，它提供了类型安全性和更好的性能。
2.2 指定比较器
可以自定义键的比较方式：
// 不区分大小写的字符串比较器Dictionary<string,int>caseInsensitiveDict=newDictionary<string,int>(StringComparer.OrdinalIgnoreCase);caseInsensitiveDict.Add("apple",1);Console.WriteLine(caseInsensitiveDict["APPLE"]);// 输出13. 基本操作
3.1 添加元素(Add)
Dictionary<string,int>scores=newDictionary<string,int>();scores.Add("Alice",90);scores.Add("Bob",85);// 尝试添加重复键会抛出异常try{scores.Add("Alice",95);// 抛出ArgumentException}catch(Exceptionex){Console.WriteLine($"错误:{ex.Message}");}3.2 安全添加元素
使用索引器或TryAdd(需要.NET 6+)可以避免异常：
// 方法1: 使用索引器(如果键存在则更新值)scores["Alice"]=95;// 更新Alice的分数// 方法2: 使用TryAdd(.NET 6+)booladded=scores.TryAdd("Charlie",88);// 返回true表示添加成功3.3 访问元素
// 通过键访问值intaliceScore=scores["Alice"];// 如果键不存在会抛出KeyNotFoundException// 安全访问方式if(scores.TryGetValue("Bob",outintbobScore)){Console.WriteLine($"Bob的分数是:{bobScore}");}else{Console.WriteLine("未找到Bob的分数");}3.4 检查键是否存在
boolhasAlice=scores.ContainsKey("Alice");// trueboolhasDavid=scores.ContainsKey("David");// false3.5 检查值是否存在
boolhas90=scores.ContainsValue(90);// true3.6 移除元素
// 方法1: 通过键移除boolremoved=scores.Remove("Bob");// 返回true表示成功移除// 方法2: 通过键值对移除(.NET 6+)boolremoved2=scores.Remove(newKeyValuePair<string,int>("Alice",95));3.7 清空字典
scores.Clear();Console.WriteLine($"字典中现在有{scores.Count}个元素");// 输出04. 完整示例
usingSystem;usingSystem.Collections.Generic;classDictionaryExample{staticvoidMain(){// 创建并初始化字典Dictionary<string,double>productPrices=newDictionary<string,double>{{"Apple",1.20},{"Banana",0.50},{"Orange",0.80}};// 添加新元素productPrices.Add("Pear",1.00);// 更新元素productPrices["Apple"]=1.50;// 安全获取元素if(productPrices.TryGetValue("Banana",outdoublebananaPrice)){Console.WriteLine($"香蕉的价格是: ${bananaPrice:F2}");}// 遍历字典Console.WriteLine("\n所有产品价格:");foreach(KeyValuePair<string,double>productinproductPrices){Console.WriteLine($"{product.Key}: ${product.Value:F2}");}// 移除元素productPrices.Remove("Orange");Console.WriteLine($"\n移除后字典中有{productPrices.Count}个产品");}}5. 高级用法
5.1 遍历字典
Dictionary<int,string>employees=newDictionary<int,string>{{101,"Alice"},{102,"Bob"},{103,"Charlie"}};// 遍历键值对foreach(KeyValuePair<int,string>employeeinemployees){Console.WriteLine($"ID:{employee.Key}, 姓名:{employee.Value}");}// 只遍历键foreach(intidinemployees.Keys){Console.WriteLine($"ID:{id}");}// 只遍历值foreach(stringnameinemployees.Values){Console.WriteLine($"姓名:{name}");}5.2 字典排序
字典本身是无序的，但可以转换为有序集合：
// 按键排序Dictionary<string,int>unsortedDict=newDictionary<string,int>{{"Zebra",5},{"Apple",1},{"Banana",2}};// 按键排序并创建新字典SortedDictionary<string,int>sortedByKey=newSortedDictionary<string,int>(unsortedDict);// 按值排序(需要LINQ)varsortedByValue=unsortedDict.OrderBy(x=>x.Value).ToDictionary(x=>x.Key,x=>x.Value);5.3 字典并发操作
在多线程环境中，可以使用ConcurrentDictionary<TKey, TValue>：
usingSystem.Collections.Concurrent;ConcurrentDictionary<string,int>concurrentDict=newConcurrentDictionary<string,int>();// 线程安全添加concurrentDict.TryAdd("Key1",100);// 线程安全更新concurrentDict.AddOrUpdate("Key1",key=>200,// 如果键不存在时的添加值(key,oldValue)=>oldValue+50);// 如果键存在时的更新逻辑// 线程安全获取或添加intvalue=concurrentDict.GetOrAdd("Key2",key=>300);5.4 字典与数组/列表转换
Dictionary<string,int>dict=newDictionary<string,int>{{"a",1},{"b",2},{"c",3}};// 转换为键数组string[]keys=dict.Keys.ToArray();// 转换为值数组int[]values=dict.Values.ToArray();// 从两个列表创建字典List<string>names=newList<string>{"Alice","Bob","Charlie"};List<int>ids=newList<int>{101,102,103};Dictionary<int,string>idToNameDict=names.Select((name,index)=>new{name,index}).ToDictionary(x=>ids[x.index],x=>x.name);6. 实际应用场景
6.1 缓存实现
publicclassSimpleCache<TKey,TValue>{privatereadonlyDictionary<TKey,TValue>cache=newDictionary<TKey,TValue>();privatereadonlyTimeSpanexpirationTime;privatereadonlyDictionary<TKey,DateTime>expirationTimes=newDictionary<TKey,DateTime>();publicSimpleCache(TimeSpanexpirationTime){this.expirationTime=expirationTime;}publicvoidAdd(TKeykey,TValuevalue){cache[key]=value;expirationTimes[key]=DateTime.Now.Add(expirationTime);}publicboolTryGetValue(TKeykey,outTValuevalue){if(cache.TryGetValue(key,outvalue)){if(expirationTimes.TryGetValue(key,outDateTimeexpiration)&&DateTime.Now<expiration){returntrue;}else{cache.Remove(key);expirationTimes.Remove(key);returnfalse;}}returnfalse;}}6.2 统计词频
stringtext="hello world hello csharp world hello";string[]words=text.Split(new[]{' '},StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries);Dictionary<string,int>wordCounts=newDictionary<string,int>();foreach(stringwordinwords){if(wordCounts.ContainsKey(word)){wordCounts[word]++;}else{wordCounts[word]=1;}}// 使用LINQ更简洁的实现varwordCountsLinq=words.GroupBy(w=>w).ToDictionary(g=>g.Key,g=>g.Count());6.3 配置管理
publicclassConfigurationManager{privatereadonlyDictionary<string,string>settings=newDictionary<string,string>{{"Server","localhost"},{"Port","8080"},{"Timeout","30"}};publicstringGetSetting(stringkey,stringdefaultValue=""){returnsettings.TryGetValue(key,outstringvalue)?value:defaultValue;}publicvoidSetSetting(stringkey,stringvalue){settings[key]=value;}}7. 性能考虑
- 查找性能：字典的查找、添加和删除操作的平均时间复杂度为O(1)
- 哈希冲突：当多个键产生相同的哈希码时会影响性能，良好的键类型选择很重要
- 容量规划：字典在容量不足时会自动扩容，可以预先指定容量减少扩容次数
Dictionary<int,string>dict=newDictionary<int,string>(capacity:1000); - 键类型选择：优先选择值类型或不可变引用类型作为键，避免使用可变对象作为键
8. 与类似集合的比较
| 集合类型 | 特点 |
|---|---|
Dictionary<TKey, TValue> | 键值对集合，快速查找，键唯一 |
SortedDictionary<TKey, TValue> | 基于红黑树实现，按键排序，查找O(log n) |
SortedList<TKey, TValue> | 按键排序的键值对集合，值也按键排序，查找O(log n)，插入删除性能较差 |
ConcurrentDictionary<TKey, TValue> | 线程安全的字典，适合多线程环境 |
Lookup<TKey, TElement> | 表示一个键到多个值的映射，键唯一但值不唯一 |
总结
C#中的字典(Dictionary<TKey, TValue>)是一种强大且高效的数据结构，适用于需要快速查找和关联存储的场景。通过本教程，你应该已经掌握了：
- 字典的基本概念和创建方式
- 字典的增删改查操作
- 字典的高级特性和并发处理
- 字典的实际应用场景
- 字典与其他类似集合的区别
