遍歷 Dictionary,你會幾種方式?

一線碼農發表於2020-09-28

一:背景

1. 講故事

昨天在 StackOverflow 上看到一個很有趣的問題,說: 你會幾種遍歷字典的方式,然後跟帖就是各種奇葩的回答,挺有意思,馬上就要國慶了,娛樂娛樂吧,說說這種挺無聊的問題???。

二: 使用 foreach 遍歷

為了方便演示,先上一段測試程式碼:


            var dict = new Dictionary<int, string>()
            {
                [10] = "A10",
                [20] = "A20",
                [30] = "A30",
                [40] = "A40",
                [50] = "A50"
            };

1. 直接 foreach dict

如果要拿百分比說話,估計有 50%+ 的小夥伴用這種方式,為啥,簡單粗暴唄,其他沒什麼好說的,直接上程式碼:


            foreach (var item in dict)
            {
                Console.WriteLine($"key={item.Key},value={item.Value}");
            }

這裡的 item 是底層在 MoveNext 的過程中用 KeyValuePair 包裝出來的,如果你不信的話,看下原始碼唄:


	public bool MoveNext()
	{
		while ((uint)_index < (uint)_dictionary._count)
		{
			ref Entry reference = ref _dictionary._entries[_index++];
			if (reference.next >= -1)
			{
				_current = new KeyValuePair<TKey, TValue>(reference.key, reference.value);
				return true;
			}
		}
	}

2. foreach 中 使用 KeyPairValue 解構

剛才你也看到了 item 是 KeyValuePair 型別,不過??的是 netcore 對 KeyValuePair 進行了增強,增加了 Deconstruct 函式用來解構 KeyValuePair,程式碼如下:


    public readonly struct KeyValuePair<TKey, TValue>
    {
        private readonly TKey key;

        private readonly TValue value;

        public TKey Key => key;

        public TValue Value => value;

        public KeyValuePair(TKey key, TValue value)
        {
            this.key = key;
            this.value = value;
        }

        public void Deconstruct(out TKey key, out TValue value)
        {
            key = Key;
            value = Value;
        }
    }

有了這個解構函式,你就可以在遍歷的過程中直接拿到 key,value,而不是包裝的 KeyValuePair,這在 netframework 中可是不行的哈,實現程式碼如下:


            foreach ((int key, string value) in dict)
            {
                Console.WriteLine($"key={key},value={value}");
            }

3. foreach keys

前面的例子都是直接對 dict 進行 foreach,其實你還可以對 dict.keys 進行 foreach 遍歷,然後通過遍歷出的 key 對 dict 進行類索引器讀取,程式碼如下:


            foreach (var key in dict.Keys)
            {
                Console.WriteLine($"key={key},value={dict[key]}");
            }

說到這裡,不知道你是否有一個潛意識,那就是 dict 只能通過 foreach 進行遍歷,真相是不是這樣的呢? 要尋找答案,還是回頭看一下 foreach 是如何進行遍歷的。


public struct Enumerator : IEnumerator<KeyValuePair<TKey, TValue>>, IDisposable, IEnumerator, IDictionaryEnumerator
{
    public bool MoveNext()
	{
		while ((uint)_index < (uint)_dictionary._count)
		{
			ref Entry reference = ref _dictionary._entries[_index++];
			if (reference.next >= -1)
			{
				_current = new KeyValuePair<TKey, TValue>(reference.key, reference.value);
				return true;
			}
		}
		_index = _dictionary._count + 1;
		_current = default(KeyValuePair<TKey, TValue>);
		return false;
	}
}

仔細看這個 while 迴圈,你就應該明白,本質上它也是對 entries 陣列進行遍歷,那底層都用了 while,我是不是可以用 for 來替換然後迴圈 dict 呢?哈哈,反正就是模仿唄。

三:使用 for 遍歷

為了把 MoveNext 中的程式碼模擬出來,重點在於這條語句: ref Entry reference = ref _dictionary._entries[_index++];, 其實很簡單,_entries 陣列內容的提取可以用 Linq 的 ElementAt 方法,是不是~~~ ,改造後的程式碼如下:


            for (int i = 0; i < dict.Count; i++)
            {
                (int key, string value) = dict.ElementAt(i);

                Console.WriteLine($"key={key},value={dict[key]}");
            }

接下來是不是很好奇這個 ElementAt 擴充套件方法是如何實現的,一起看看原始碼吧。


    public static TSource ElementAt<TSource>(this IEnumerable<TSource> source, int index)
    {
        IList<TSource> list = source as IList<TSource>;
        if (list != null)
        {
            return list[index];
        }
        if (index >= 0)
        {
            using (IEnumerator<TSource> enumerator = source.GetEnumerator())
            {
                while (enumerator.MoveNext())
                {
                    if (index == 0)
                    {
                        return enumerator.Current;
                    }
                    index--;
                }
            }
        }
    }

從上面程式碼可以看到,如果當前的 source 沒有實現 IList 介面的話,那就是一個巨大的坑,每一次執行 ElementAt 方法,最壞時間複雜度都是 O(N),就拿剛才的 for迴圈來說,它的最壞時間複雜度就是 O(n!) ,是不是比你想象的要恐怖的多,教訓就是多實踐,多看看原始碼~

四:總結

這篇列舉了 4 種遍歷 dict 的方式,不知你會用到哪幾種? 要注意的是最後 ElementAt 對 Source 判別上的大坑一定要明白,不要想當然的以為就是 O(N) ,好了,更多的 遍歷方式 歡迎補充!

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