如何使用 C# 中的 HashSet

譯文鏈接：https://www.infoworld.com/article/3586972/how-to-use-hashset-in-csharp.html

HashSet 是一個(gè)優(yōu)化過的無序集合，提供對(duì)元素的高速查找和高性能的set集合操作，而且 HashSet 是在 .NET 3.5 中被引入的，在?System.Collection.Generic?命名空間下，這篇就來討論一下如何使用這個(gè) HashSet。

要運(yùn)行本篇文章的案例代碼，你需要安裝一下?Visual Studio 2019，如果沒有的話可以到官網(wǎng)下載一下。

使用 VS 創(chuàng)建一個(gè) .NET Core 控制臺(tái)程序

首先，我通過 VS2019 創(chuàng)建一個(gè) .NET Core 控制臺(tái)程序，創(chuàng)建可以參考下面步驟：

• 打開 Visual Studio IDE

• 點(diǎn)擊創(chuàng)建?Create new project

• 在?Create new project?窗口上，從模板列表中選擇：Console App (.NET Core)

• 點(diǎn)擊下一步

• 在?Configure your new project?界面填好你的項(xiàng)目名稱和存放路徑

這樣我們就創(chuàng)建好了一個(gè)新項(xiàng)目，本文的后面部分就會(huì)在這個(gè)項(xiàng)目里來給大家分享 HashSet 的一些必備知識(shí)。

HashSet 到底是什么

所謂的HashSet，指的就是?System.Collections.Generic?命名空間下的?HashSet?類，它是一個(gè)高性能，無序的集合，因此HashSet它并不能做排序操作，也不能包含任何重復(fù)的元素，Hashset 也不能像數(shù)組那樣使用索引，所以在 HashSet 上你無法使用 for 循環(huán)，只能使用 foreach 進(jìn)行迭代，HashSet 通常用在處理元素的唯一性上有著超高的性能。

HashSet?實(shí)現(xiàn)了如下幾個(gè)接口：

public?class?HashSet<T>?:?System.Collections.Generic.ICollection<T>,
System.Collections.Generic.IEnumerable<T>,?
System.Collections.Generic.IReadOnlyCollection<T>,
System.Collections.Generic.ISet<T>,
System.Runtime.Serialization.IDeserializationCallback,
System.Runtime.Serialization.ISerializable
{
}

HashSet 只能包含唯一的元素，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也為此做了專門的優(yōu)化，值得注意的是，HashSet 也可以存放單個(gè)的 null 值，可以得出這么一個(gè)結(jié)論：如何你想擁有一個(gè)具有唯一值的集合，那么 HashSet 就是你最好的選擇，何況它還具有超高的檢索性能。

從 HashSet 中查找一個(gè)元素

如果想判斷某一個(gè)元素是否在 HashSet 內(nèi)，建議使用 Contains 進(jìn)行判斷，代碼如下：

????????static?void?Main(string[]?args)
????????{
????????????HashSet<string>?hashSet?=?new?HashSet<string>();
????????????hashSet.Add("A");
????????????hashSet.Add("B");
????????????hashSet.Add("C");
????????????hashSet.Add("D");
????????????if?(hashSet.Contains("D"))
????????????????Console.WriteLine("The?required?element?is?available.");
????????????else
????????????????Console.WriteLine("The?required?element?isn’t?available.");
????????????Console.ReadKey();
????????}

HashSet中的元素唯一性

如果你向 HashSet 中插入重復(fù)的元素，它的內(nèi)部會(huì)忽視這次操作而不像別的集合一樣拋出異常，接下來展示一下代碼：

????????static?void?Main(string[]?args)
????????{
????????????HashSet<string>?hashSet?=?new?HashSet<string>();
????????????hashSet.Add("A");
????????????hashSet.Add("B");
????????????hashSet.Add("C");
????????????hashSet.Add("D");
????????????hashSet.Add("D");
????????????Console.WriteLine("The?number?of?elements?is:?{0}",?hashSet.Count);
????????????Console.ReadKey();
????????}

當(dāng)你執(zhí)行了這個(gè)程序，輸出結(jié)果如下圖：

現(xiàn)在可以考慮一下下面的代碼段，它展示了重復(fù)的元素是如何被剔除的。

????????static?void?Main(string[]?args)
????????{
????????????string[]?cities?=?new?string[]?{
????????????????"Delhi",
????????????????"Kolkata",
????????????????"New?York",
????????????????"London",
????????????????"Tokyo",
????????????????"Washington",
????????????????"Tokyo"
????????????};
????????????HashSet<string>?hashSet?=?new?HashSet<string>(cities);
????????????foreach?(var?city?in?hashSet)
????????????{
????????????????Console.WriteLine(city);
????????????}
????????}

當(dāng)你執(zhí)行完上面的程序，重復(fù)的城市名稱已經(jīng)被移除了。

從 HashSet 中移除元素

從HashSet 中刪除某一個(gè)元素可以調(diào)用 Remove 方法，它的語法結(jié)構(gòu)如下：

public?bool?Remove?(T?item);

如果在集合中找到了這個(gè)元素，Remove方法將會(huì)刪除這個(gè)元素并且返回true，否則返回 false。

下面的代碼片段展示了如何使用 Remove 方法刪除 HashSet 中的元素

string?item?=?"D";
if(hashSet.Contains(item))
{
???hashSet.Remove(item);
}

如果你想刪除 HashSet 中的所有元素，可以調(diào)用 Clear 方法。

HashSet 的 set操作

HashSet提供了非常多的方法用于?set集合?操作上，比如說：IntersectWith, UnionWith, IsProperSubsetOf, ExceptWith, 和 SymmetricExceptWith

IsProperSubsetOf

這個(gè) IsProperSubsetOf 用于判斷 HashSet 是否為某一個(gè)集合的完全子集，可以看下面的例子：

HashSet<string>?setA?=?new?HashSet<string>()?{?"A",?"B",?"C",?"D"?};
HashSet<string>?setB?=?new?HashSet<string>()?{?"A",?"B",?"C",?"X"?};
HashSet<string>?setC?=?new?HashSet<string>()?{?"A",?"B",?"C",?"D",?"E"?};
if?(setA.IsProperSubsetOf(setC))
???Console.WriteLine("setC?contains?all?elements?of?setA.");
if?(!setA.IsProperSubsetOf(setB))
???Console.WriteLine("setB?does?not?contains?all?elements?of?setA.");

如果你執(zhí)行了上面這個(gè)程序，你會(huì)在控制臺(tái)上看到如下的輸出：

UnionWith

UnionWith方法常用于集合的合并，比如說下面的代碼：

HashSet<string>?setA?=?new?HashSet<string>()?{?"A",?"B",?"C",?"D",?"E"?};
HashSet<string>?setB?=?new?HashSet<string>()?{?"A",?"B",?"C",?"X",?"Y"?};
setA.UnionWith(setB);
foreach(string?str?in?setA)
{
???Console.WriteLine(str);
}

當(dāng)你執(zhí)行完上面的代碼，SetB 集合會(huì)被 SetA 集合吞掉，最后 SetA 集合將會(huì)是包括："A", "B", "C", "D", "E", "X", and "Y"?。

IntersectWith

IntersectWith 方法常用于表示兩個(gè) HashSet 的交集，下面的例子或許會(huì)讓你更加理解：

HashSet<string>?setA?=?new?HashSet<string>()?{?"A",?"B",?"C",?"D",?"E"?};
HashSet<string>?setB?=?new?HashSet<string>()?{?"A",?"X",?"C",?"Y"};
setA.IntersectWith(setB);
foreach?(string?str?in?setA)
{
????Console.WriteLine(str);
}

當(dāng)你運(yùn)行了上面的這段程序，只有兩個(gè) HashSet 中都存在的元素才會(huì)輸出到控制臺(tái)中，輸出結(jié)果如下所示：

ExceptWith

ExceptWith 方法表示數(shù)學(xué)上的減法操作，這個(gè)時(shí)間復(fù)雜度是 O(N)，假定你有兩個(gè)HashSet 集合，分別叫 setA 和 setB，并且用了下面的語句。

setA.ExceptWith(setB);

它返回的元素為：setA中有，setB中沒有 的最終結(jié)果，如果還不明白的話,使用如下代碼輔助理解：

HashSet<string>?setA?=?new?HashSet<string>()?{?"A",?"B",?"C",?"D",?"E"?};
HashSet<string>?setB?=?new?HashSet<string>()?{?"A",?"X",?"C",?"Y"?};
setA.ExceptWith(setB);
foreach?(string?str?in?setA)
{
???Console.WriteLine(str);
}

當(dāng)你執(zhí)行了上面這段程序，元素 B,D,E 將會(huì)輸出到控制臺(tái)上。

SymmetricExceptWith

SymmetricExceptWith 方法常用于修改一個(gè) HashSet 來存放兩個(gè) HashSet 都是唯一的元素，換句話說，我要的就是兩個(gè)集合都不全有的元素，如果還不明白的話，考慮下面的代碼段：

HashSet<string>?setA?=?new?HashSet<string>()?{?"A",?"B",?"C",?"D",?"E"?};
HashSet<string>?setB?=?new?HashSet<string>()?{?"A",?"X",?"C",?"Y"?};
setA.SymmetricExceptWith(setB);
foreach?(string?str?in?setA)
{
??Console.WriteLine(str);
}

當(dāng)你執(zhí)行完上面的代碼，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，setA中有而setB中沒有 和 setB中有而setA中沒有的元素將會(huì)輸出到控制臺(tái)中。

我們知道數(shù)組的平均復(fù)雜度是 O(N)，這里的 n 表示數(shù)組里的元素?cái)?shù)量，而訪問 HashSet 中的某一個(gè)元素，它的復(fù)雜度為 O(1)，這個(gè)常量復(fù)雜度就決定了 HashSet 在快速檢索 和執(zhí)行 set集合 操作上是一個(gè)非常好的選擇，你也可以使用 List 去存儲(chǔ)某些有指定順序的元素，同時(shí)也可以包含重復(fù)的值。