一、数组（Array）
1.特点
- 固定长度，初始化后大小不可变。
- 元素在内存中连续存储，通过索引直接访问。
- 支持多维数组（如二维、三维数组）。
2.优点
- 快速随机访问：通过索引访问元素的时间复杂度为O(1)。
- 内存连续：连续存储有助于缓存优化，提升访问效率。
- 简单易用：语法直观，适合处理固定大小的集合。
3.缺点
- 大小固定：无法动态扩展，需手动创建新数组并复制元素。
- 插入/删除效率低：在中间插入或删除元素需移动大量元素，时间复杂度为O(n)。
4.代码示例
int[] array = new int[5] { 1, 2, 3, 4, 5 };
// 访问元素
int element = array[2]; // 返回3
// 修改元素
array[1] = 10; // 数组变为 [1, 10, 3, 4, 5]
// 遍历数组
foreach (int num in array)
{
Console.WriteLine(num);
}
二、链表（LinkedList）
1.特点
- 动态长度，节点通过指针连接，无需连续内存。
- 支持双向链表（LinkedList），可前后遍历。
2.优点
- 动态扩展：无需预先分配空间，可随时增删节点。
- 高效插入/删除：在头部或尾部操作时间复杂度为O(1)，中间操作为O(n)（需遍历）。
3.缺点
- 随机访问效率低：需从头节点遍历，时间复杂度为O(n)。
- 额外内存开销：每个节点需存储指针，占用更多空间。
4.代码示例
using System.Collections.Generic;
LinkedList<int> linkedList = new LinkedList<int>();
// 添加元素
linkedList.AddLast(1); // 链表: 1
linkedList.AddLast(2); // 链表: 1 -> 2
// 插入元素
var node = linkedList.Find(1);
linkedList.AddAfter(node, 3); // 链表: 1 -> 3 -> 2
// 删除元素
linkedList.Remove(3); // 链表: 1 -> 2
// 遍历链表
foreach (int num in linkedList)
{
Console.WriteLine(num);
}
三、哈希表（Dictionary）
1.特点
- 键值对存储，通过哈希函数快速定位元素。
- 键唯一，值可重复。
2.优点
- 快速查找/插入/删除：平均时间复杂度为O(1)，适合高频操作。
- 动态扩容：自动调整大小，适应数据变化。
3.缺点
- 无序存储：元素顺序不固定，可能影响遍历逻辑。
- 哈希冲突：极端情况下性能退化为O(n)，需合理设计哈希函数。
- 内存开销：需存储哈希桶和冲突解决机制。
4.代码示例
using System.Collections.Generic;
Dictionary<string, int> dict = new Dictionary<string, int>();
// 添加键值对
dict.Add("Alice", 25);
dict["Bob"] = 30; // 添加或更新
// 查找元素
if (dict.TryGetValue("Alice", out int age))
{
Console.WriteLine($"Alice's age: {age}"); // 输出25
}
// 删除元素
dict.Remove("Bob");
// 遍历键值对
foreach (var kvp in dict)
{
Console.WriteLine($"Key: {kvp.Key}, Value: {kvp.Value}");
}
四、队列（Queue）
1.特点
- 先进先出（FIFO），元素从队尾入队，从队头出队。
2.优点
- 高效顺序处理：入队和出队时间复杂度均为O(1)。
- 动态大小：无需预先分配空间。
3.缺点
- 随机访问受限：仅能访问队头和队尾元素。
- 线程安全需额外处理：多线程环境下需同步机制。
4.代码示例
using System.Collections.Generic;
Queue<string> queue = new Queue<string>();
// 入队
queue.Enqueue("Task1");
queue.Enqueue("Task2"); // 队列: Task1 -> Task2
// 出队
string firstTask = queue.Dequeue(); // 返回"Task1"，队列变为 [Task2]
// 查看队头元素
string peekTask = queue.Peek(); // 返回"Task2"
// 遍历队列
while (queue.Count > 0)
{
Console.WriteLine(queue.Dequeue());
}
五、 栈（Stack）
1.特点
- 后进先出（LIFO），元素从栈顶压入和弹出。
2.优点
- 高效操作：压栈和弹栈时间复杂度为O(1)。
- 支持递归：天然适合递归算法（如函数调用栈）。
3.缺点
- 随机访问受限：仅能访问栈顶元素。
- 容量有限：需注意栈溢出风险（可通过动态扩容缓解）。
4.代码示例
using System.Collections.Generic;
Stack<int> stack = new Stack<int>();
// 压栈
stack.Push(1);
stack.Push(2); // 栈: 2 -> 1
// 弹栈
int top = stack.Pop(); // 返回2，栈变为 [1]
// 查看栈顶元素
int peek = stack.Peek(); // 返回1
// 遍历栈
while (stack.Count > 0)
{
Console.WriteLine(stack.Pop());
}
总结与选择建议
- 数组：适合固定大小、频繁随机访问的场景（如学生成绩）。
- 链表：适合动态集合、频繁插入/删除的场景（如任务列表）。
- 哈希表：适合键值对存储、快速查找的场景（如缓存）。
- 队列：适合顺序处理任务的场景（如任务调度）。
- 栈：适合逆序处理、递归或回溯的场景（如表达式求值）。
根据具体需求选择合适的数据结构，可显著提升程序效率和可读性。
