如何使用 C# 中的 HashSet

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译文链接：https://www.infoworld.com/article/3586972/how-to-use-hashset-in-csharp.html

HashSet 是一个优化过的无序集合，提供对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 命名空间下，这篇就来讨论一下如何使用这个 HashSet。

要运行本篇文章的案例代码，你需要安装一下 Visual Studio 2019 ，如果没有的话可以到官网下载一下。

使用 VS 创建一个 .NET Core 控制台程序

首先，我通过 VS2019 创建一个 .NET Core 控制台程序，创建可以参考下面步骤：

打开 Visual Studio IDE
点击创建 Create new project
在 Create new project 窗口上，从模板列表中选择： Console App (.NET Core)
点击下一步
在 Configure your new project 界面填好你的项目名称和存放路径

这样我们就创建好了一个新项目，本文的后面部分就会在这个项目里来给大家分享 HashSet 的一些必备知识。

HashSet 到底是什么

所谓的HashSet，指的就是 System.Collections.Generic 命名空间下的 HashSet<T> 类，它是一个高性能，无序的集合，因此HashSet它并不能做排序操作，也不能包含任何重复的元素，Hashset 也不能像数组那样使用索引，所以在 HashSet 上你无法使用 for 循环，只能使用 foreach 进行迭代，HashSet 通常用在处理元素的唯一性上有着超高的性能。

HashSet<T> 实现了如下几个接口：


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，它的内部结构也为此做了专门的优化，值得注意的是，HashSet 也可以存放单个的 null 值，可以得出这么一个结论：如何你想拥有一个具有唯一值的集合，那么 HashSet 就是你最好的选择，何况它还具有超高的检索性能。

从 HashSet 中查找一个元素

如果想判断某一个元素是否在 HashSet 内，建议使用 Contains 进行判断，代码如下：


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 中插入重复的元素，它的内部会忽视这次操作而不像别的集合一样抛出异常，接下来展示一下代码：


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();
        }

当你执行了这个程序，输出结果如下图：

现在可以考虑一下下面的代码段，它展示了重复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);
            }
        }

当你执行完上面的程序，重复的城市名称已经被移除了。

从 HashSet 中移除元素

从HashSet 中删除某一个元素可以调用 Remove 方法，它的语法结构如下：


public bool Remove (T item);

如果在集合中找到了这个元素，Remove方法将会删除这个元素并且返回true，否则返回 false。

下面的代码片段展示了如何使用 Remove 方法删除 HashSet 中的元素


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

如果你想删除 HashSet 中的所有元素，可以调用 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，比如说： IntersectWith, UnionWith, IsProperSubsetOf, ExceptWith, 和 SymmetricExceptWith

IsProperSubsetOf

这个 IsProperSubsetOf 用于判断 HashSet 是否为某一个集合的完全子集，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.");

如果你执行了上面这个程序，你会在控制台上看到如下的输出：

UnionWith

UnionWith方法常用于集合的合并，比如说下面的代码：


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);
}

当你执行完上面的代码，SetB 集合会被 SetA 集合吞掉，最后 SetA 集合将会是包括： "A", "B", "C", "D", "E", "X", and "Y" 。

IntersectWith

IntersectWith 方法常用于表示两个 HashSet 的交集，下面的例子或许会让你更加理解：


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);
}

当你运行了上面的这段程序，只有两个 HashSet 中都存在的元素才会输出到控制台中，输出结果如下所示：

ExceptWith

ExceptWith 方法表示数学上的减法操作，这个时间复杂度是 O(N)，假定你有两个HashSet 集合，分别叫 setA 和 setB，并且用了下面的语句。


setA.ExceptWith(setB);

它返回的元素为：setA中有，setB中没有的最终结果，如果还不明白的话,使用如下代码辅助理解：


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);
}

当你执行了上面这段程序，元素 B,D,E 将会输出到控制台上。

SymmetricExceptWith

SymmetricExceptWith 方法常用于修改一个 HashSet 来存放两个 HashSet 都是唯一的元素，换句话说，我要的就是两个集合都不全有的元素，如果还不明白的话，考虑下面的代码段：


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);
}

当你执行完上面的代码，你会发现，setA中有而setB中没有和 setB中有而setA中没有的元素将会输出到控制台中。

我们知道数组的平均复杂度是 O(N)，这里的 n 表示数组里的元素数量，而访问 HashSet 中的某一个元素，它的复杂度为 O(1)，这个常量复杂度就决定了 HashSet 在快速检索和执行 set集合操作上是一个非常好的选择，你也可以使用 List 去存储某些有指定顺序的元素，同时也可以包含重复的值。

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