为什么字典“未排序”？

Question

我已阅读此内容以回答此处的许多问题。但这究竟是什么意思？

var test = new Dictionary<int, string>();
test.Add(0, "zero");
test.Add(1, "one");
test.Add(2, "two");
test.Add(3, "three");

Assert(test.ElementAt(2).Value == "two");

上面的代码似乎按预期工作。那么字典以什么方式被认为是无序的呢？上面的代码在什么情况下会失败？

Answer 1

嗯，一方面不清楚您希望这是 insertion-order 还是 key-order。例如，如果您这样写，您期望的结果是什么：

var test = new Dictionary<int, string>();
test.Add(3, "three");
test.Add(2, "two");
test.Add(1, "one");
test.Add(0, "zero");

Console.WriteLine(test.ElementAt(0).Value);

您会期待“三”还是“零”？

碰巧，我认为只要您从不删除任何内容，当前的实现就会保留插入顺序 - 但您不能依赖此。这是一个实现细节，将来可能会改变。

删除也会影响这一点。例如，您希望这个程序的结果是什么？

using System;
using System.Collections.Generic;

class Test
{ 
    static void Main() 
    {
        var test = new Dictionary<int, string>();
        test.Add(3, "three");
        test.Add(2, "two");
        test.Add(1, "one");
        test.Add(0, "zero");

        test.Remove(2);
        test.Add(5, "five");

        foreach (var pair in test)
        {
            Console.WriteLine(pair.Key);
        }
    }     
}

实际上（在我的盒子上）是 3、5、1、0。5 的新条目使用了 2 之前使用的空出条目。但这也不能保证。

重新散列（当字典的底层存储需要扩展时）可能会影响事情......各种事情都会发生。

只是不要将其视为有序集合。它不是为此而设计的。即使它现在恰好可以工作，您也依赖于违反课程目的的无证行为。

Answer 2

Dictionary<TKey, TValue> 代表Hash Table，在哈希表中没有顺序的概念。

documentation 解释得很好：

出于枚举的目的，每个项目 在字典中被视为 KeyValuePair 结构 表示一个值及其键。这 退回物品的顺序 未定义。

Answer 3

这里有很多好主意，但很分散，所以我会尝试创建一个更好的答案，即使问题已经得到解答。

首先，Dictionary 没有保证顺序，因此您仅使用它来快速查找键并找到对应的值，或者您枚举所有键值对而不关心顺序是什么。

如果您想要订购，则使用 OrderedDictionary，但代价是查找速度较慢，因此如果您不需要订购，请不要要求。

字典（和 Java 中的 HashMap）使用散列。无论您的表格大小如何，这都是 O(1) 时间。有序字典通常使用某种平衡树，即 O(log2(n))，因此随着数据的增长，访问速度会变慢。比较一下，对于 100 万个元素，大约是 2^20，所以你必须对一棵树进行大约 20 次查找，但对于哈希映射需要 1 次。这要快很多。

散列是确定性的。非确定性意味着当你第一次散列（5），下一次你散列（5）时，你会得到一个不同的地方。那是完全没用的。

人们的意思是，如果您将内容添加到字典中，则顺序很复杂，并且在您添加（或可能删除）元素时随时更改。例如，假设哈希表中有 50 万个元素，而您有 40 万个值。当您再添加一个时，您将达到临界阈值，因为它需要大约 20% 的空白空间才能有效，因此它分配了一个更大的表（例如，100 万个条目）并重新散列所有值。现在他们都在与以前不同的位置。

如果您两次构建相同的字典（仔细阅读我的声明，THE SAME），您将获得相同的顺序。但正如乔恩正确所说，不要指望它。太多的东西可以使它不一样，即使是最初分配的大小。

这提出了一个很好的观点。必须调整哈希图的大小真的非常昂贵。这意味着您必须分配一个更大的表，并重新插入每个键值对。因此，非常值得分配 10 倍所需的内存，而不是必须进行一次增长。了解您的 hashmap 大小，并尽可能预先分配足够的空间，这是一个巨大的性能优势。而且，如果您有一个无法调整大小的糟糕实现，那么如果您选择的尺寸太小，那将是一场灾难。

现在 Jon 在我的评论中与我争论的问题是，如果您在两次不同的运行中将对象添加到 Dictionary 中，您将获得两种不同的排序。没错，但这不是字典的错。

当你说：

new Foo();

您正在内存中的新位置创建一个新对象。

如果你使用值 Foo 作为字典中的键，没有其他信息，他们唯一能做的就是使用对象的地址作为键。

也就是说

var f1 = new Foo(1);
var f2 = new Foo(1);

f1 和 f2 不是同一个对象，即使它们具有相同的值。

因此，如果您要将它们放入字典中：

var test = new Dictionary<Foo, string>();
test.Add(f1, "zero");

不要指望它与以下内容相同：

var test = new Dictionary<Foo, string>();
test.Add(f2, "zero");

即使 f1 和 f2 具有相同的值。这与 Dictionary 的确定性行为无关。

散列是计算机科学中一个很棒的主题，我最喜欢在数据结构中教授。

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Answer 4

顺序是不确定的。

来自here

出于枚举的目的，字典中的每个项目都被视为表示值及其键的 KeyValuePair 结构。返回项目的顺序未定义。

也许你的需要OrderedDictionary是必需的。

Answer 5

我不了解 C# 或任何 .NET，但字典的一般概念是它是键值对的集合。
您不会像在迭代列表或数组时那样按顺序访问字典。
您可以通过拥有一个键来访问，然后在字典中查找该键是否有值以及它是什么。
在您的示例中，您发布了一个带有数字键的字典，这些数字键恰好是连续的，没有间隙并且按插入的升序排列。
但无论您以何种顺序为键 '2' 插入值，在查询键 '2' 时总是会得到相同的值。
我不知道 C# 是否允许（我想是的）具有数字以外的键类型，但在这种情况下，它是相同的，键上没有明确的顺序。
与现实生活中的字典的类比可能会令人困惑，因为作为单词的键是按字母顺序排列的，因此我们可以更快地找到它们，但如果不是这样，字典无论如何都会起作用，因为“Aardvark”这个词的定义" 将具有相同的含义，即使它出现在 "Zebra" 之后。另一方面，想想一部小说，改变页面的顺序没有任何意义，因为它们本质上是一个有序的集合。

Answer 6

Dictionary<TKey,TValue> 类是使用数组支持的索引链表实现的。如果没有项目被删除，后备存储将按顺序保存项目。但是，当一个项目被删除时，该空间将在数组展开之前被标记为重复使用。因此，如果例如新字典添加十项，删除第四项，添加新项，枚举字典，新项可能会出现第四而不是第十，但不能保证不同版本的Dictionary会以同样的方式处理事情。

恕我直言，如果 Microsoft 记录一个没有曾经删除任何项目的字典将按原始顺序枚举项目，但一旦删除任何项目，未来的任何更改都会很有帮助字典可以任意排列其中的项目。对于大多数合理的字典实现而言，只要不删除任何项目就坚持这样的保证相对便宜；在删除项目后继续维护保证会更加昂贵。

另外，拥有一个AddOnlyDictionary 可能会有所帮助，这对于单个写入器与任意数量的读取器同时是线程安全的，并保证按顺序保留项目（请注意，如果仅添加项目 -从未删除或以其他方式修改——一个人可以通过注意它目前包含多少项目来拍摄“快照”）。使通用字典线程安全是昂贵的，但添加上述线程安全级别会很便宜。请注意，高效的多写入器多读取器使用不需要使用读取器-写入器锁，而可以简单地通过让写入器锁定而让读取器不费心来处理。

当然，Microsoft 没有实现如上所述的 AddOnlyDictionary，但有趣的是，线程安全的 ConditionalWeakTable 具有仅添加语义，可能是因为 - 如前所述 - 它更容易将并发添加到仅添加集合而不是允许删除的集合。

Answer 7

Dictionary，不是SortedDictionary，默认按插入顺序排序。奇怪的是，您需要专门声明一个 SortedDictionary 才能拥有一个按字符串顺序排序的字典：

public SortedDictionary<string, Row> forecastMTX = new SortedDictionary<string, Row>();