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C# 排序列表（SortedList）（保姆级教程）
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前言
在 C# 的集合类家族中，SortedList 是一个兼具 “字典的键值对特性” 和 “列表的有序性” 的独特类型。它通过动态维护键的排序顺序，为开发者提供了在键值对集合中快速查找、插入和遍历的便利。无论是管理学生信息、商品库存，还是实现需要有序存储的配置系统，SortedList 都能成为得力工具。本文将通过 循序渐进的讲解、形象的比喻 和 实战代码示例，帮助读者掌握这一数据结构的核心原理与应用场景。
一、什么是 SortedList？
1.1 核心特性与比喻
SortedList 是 C# 中 唯一 同时具备以下特性的集合类型：
- 键值对存储：像
Dictionary<TKey, TValue>一样，每个元素由键（Key）和值（Value）组成。 - 自动排序：键的顺序始终按照 升序排列（默认按类型自然排序），无需额外调用排序方法。
形象地说，SortedList 就像一个 “图书馆的分类书架”：
- 每本书（键值对）都有唯一的分类号（键）和书名（值）。
- 图书管理员（
SortedList）会自动将新书按分类号顺序插入，确保读者始终能按顺序浏览书籍。
1.2 与其他集合的对比
通过表格对比 SortedList 与 Dictionary、List<T> 的核心差异：
| 特性 | SortedList | Dictionary<TKey, TValue> | List<T> |
|---|---|---|---|
| 键值对 | 是 | 是 | 否（仅存储值） |
| 自动排序 | 是（按键的顺序） | 否 | 是（需手动排序） |
| 插入性能 | 较低（需维护顺序） | 较高（哈希表实现） | 高（尾部插入） |
| 按顺序遍历 | 直接支持 | 需额外排序 | 直接支持 |
二、基础用法与代码实践
2.1 创建与初始化
SortedList 可通过以下方式实例化：
SortedList<int, string> studentScores = new SortedList<int, string>();
// 或使用类型推断（C# 3.0+）
var scores = new SortedList<int, string>();
若需自定义排序规则（如降序），需通过 IComparer<TKey> 接口实现：
var descendingScores = new SortedList<int, string>(Comparer<int>.Create((a, b) => b.CompareTo(a)));
2.2 添加元素
添加元素时，需指定键和值：
studentScores.Add(101, "Alice"); // 添加学号101的学生
studentScores.Add(103, "Bob");
studentScores.Add(102, "Charlie"); // 注意：键的顺序会被自动调整
此时，SortedList 内部会根据键的值 自动排序，实际存储顺序为 101 → 102 → 103。
2.3 访问元素
可通过键或索引访问值：
// 通过键获取值
string name = studentScores[102]; // Charlie
// 通过索引获取键和值
int key = studentScores.GetKey(1); // 102
string value = studentScores.GetByIndex(1); // Charlie
若键不存在，studentScores[key] 会抛出 KeyNotFoundException，需通过 ContainsKey() 验证：
if (studentScores.ContainsKey(104)) {
Console.WriteLine(studentScores[104]);
}
2.4 删除元素
删除可通过键或索引完成：
// 通过键删除
studentScores.Remove(103); // 删除Bob
// 通过索引删除
studentScores.RemoveAt(0); // 删除第一个元素（学号101）
三、内部机制与性能分析
3.1 如何保持有序性？
SortedList 的有序性依赖于 “平衡树” 或 “数组+二分查找” 的实现（具体实现细节由 .NET 版本决定）。
- 插入操作：新键会被插入到正确的位置，导致 O(log n) 的时间复杂度（类似二分查找）。
- 查找操作：通过键查找值的时间复杂度为 O(log n)，而通过索引访问则为 O(1)。
3.2 与 Dictionary 的性能对比
| 操作 | SortedList 时间复杂度 | Dictionary 时间复杂度 |
|---|---|---|
| 插入 | O(log n) | O(1)（平均） |
| 按键查找 | O(log n) | O(1)（平均） |
| 按索引访问 | O(1) | N/A |
| 遍历有序性 | 内置支持 | 需额外排序 |
总结：
- 优先选择
SortedList的场景：需要 有序遍历，且插入/删除操作频率较低。 - 优先选择
Dictionary的场景：追求 最高性能，且无需维护键的顺序。
四、高级用法与案例
4.1 自定义排序规则
通过 IComparer<TKey> 实现自定义排序：
public class ReverseComparer : IComparer<int> {
public int Compare(int x, int y) => y.CompareTo(x);
}
var descendingList = new SortedList<int, string>(new ReverseComparer());
descendingList.Add(5, "Five");
descendingList.Add(3, "Three"); // 存储顺序为5 →3
4.2 遍历与操作
遍历所有键值对：
foreach (KeyValuePair<int, string> kvp in studentScores) {
Console.WriteLine($"ID: {kvp.Key}, Name: {kvp.Value}");
}
遍历键或值的集合：
foreach (int key in studentScores.Keys) { Console.WriteLine(key); }
foreach (string value in studentScores.Values) { Console.WriteLine(value); }
4.3 实战案例：学生管理系统
假设需要按学号管理学生信息：
class Program {
static void Main() {
SortedList<int, Student> students = new SortedList<int, Student>();
// 添加学生
students.Add(202, new Student { ID = 202, Name = "David" });
students.Add(101, new Student { ID = 101, Name = "Alice" });
// 遍历并打印
foreach (var student in students.Values) {
Console.WriteLine($"学生姓名：{student.Name}, 学号：{student.ID}");
}
}
}
class Student {
public int ID { get; set; }
public string Name { get; set; }
}
输出结果：
学生姓名：Alice, 学号：101
学生姓名：David, 学号：202
五、注意事项与最佳实践
5.1 键的唯一性
SortedList 不允许重复键。尝试添加重复键时会抛出 ArgumentException，需通过 ContainsKey() 验证：
if (!studentScores.ContainsKey(101)) {
studentScores.Add(101, "Alice");
}
5.2 线程安全
SortedList 不是线程安全的。多线程环境下需通过 lock 或使用 SortedDictionary（后者设计为线程安全的替代方案）。
5.3 内存占用
SortedList 内部使用 两个数组 分别存储键和值，频繁的插入/删除可能导致内存浪费。若需高频率操作，建议评估 SortedDictionary 或 List<T> 的适用性。
结论
SortedList 是 C# 中 平衡“有序性”与“键值对管理” 的理想选择，尤其适合需要 按顺序遍历 或 动态维护有序数据 的场景。通过本文的讲解，读者应能掌握其基本操作、性能特性及实际应用技巧。在后续开发中，建议根据具体需求对比 Dictionary 和 List<T> 的优劣，以选择最合适的集合类型。
实践建议：
- 尝试用
SortedList实现一个 商品库存系统，按价格排序并支持快速查询。 - 对比
SortedList与SortedDictionary在插入 10万次数据后的性能差异。
通过不断练习与场景适配，开发者将能更灵活地运用这一工具，提升代码的效率与可读性。