Lekce 9: Seznamy, slovníky a další kolekce – Pokročilé struktury dat v C#

V předchozí lekci jsme se seznámili s poli a základními kolekcemi, které nám umožňují uchovávat a spravovat více prvků stejného typu. V této lekci se zaměříme na pokročilejší datové struktury, jako jsou seznamy (List<T>), slovníky (Dictionary<TKey, TValue>), a další kolekce, které poskytují větší flexibilitu a efektivitu při práci s daty. Tyto datové struktury jsou důležitými nástroji pro správu a zpracování velkých objemů informací v různých situacích.

Seznamy (List<T>)

Seznam je jednou z nejpoužívanějších generických kolekcí v C#. Na rozdíl od polí má seznam dynamickou velikost, což znamená, že můžeme přidávat a odstraňovat prvky, aniž bychom museli předem určovat velikost seznamu. Seznamy jsou typově bezpečné, což znamená, že můžeme přidávat pouze prvky určitého typu (specifikovaného při deklaraci seznamu).

Deklarace a inicializace seznamu

Seznam se deklaruje pomocí třídy List<T>, kde T je typ prvků, které seznam uchovává. Můžeme seznam buď deklarovat prázdný, nebo ho rovnou naplnit daty při inicializaci.

List<int> cisla = new List<int>();  // Prázdný seznam celých čísel
cisla.Add(10);  // Přidání prvku do seznamu
cisla.Add(20);  // Přidání dalšího prvku

Případně můžeme seznam inicializovat přímo s hodnotami:

List<string> jmena = new List<string> { "Petr", "Anna", "Josef" };

Přístup k prvkům seznamu

Prvky seznamu jsou indexovány stejně jako v poli, což znamená, že můžeme přistupovat k jednotlivým prvkům pomocí indexů.

string prvniJmeno = jmena[0];  // Výstup: Petr

Iterace přes seznam

Stejně jako u polí můžeme použít smyčky k iteraci přes prvky seznamu.

foreach (string jmeno in jmena)
{
    Console.WriteLine(jmeno);  // Výpis: Petr, Anna, Josef
}

Přidávání a odebírání prvků

Jednou z hlavních výhod seznamů je, že můžeme dynamicky přidávat nebo odstraňovat prvky.

jmena.Add("Marek");  // Přidá nový prvek na konec seznamu
jmena.Remove("Anna");  // Odebere prvek s hodnotou "Anna"

Slovníky (Dictionary<TKey, TValue>)

Slovník je datová struktura, která ukládá páry klíč-hodnota. Každý prvek slovníku má unikátní klíč, který slouží k rychlému vyhledání odpovídající hodnoty. Slovníky jsou velmi efektivní pro vyhledávání, když potřebujeme rychle najít hodnotu na základě klíče.

Deklarace a inicializace slovníku

Slovník deklarujeme pomocí třídy Dictionary<TKey, TValue>, kde TKey je typ klíče a TValue je typ hodnoty.

Dictionary<int, string> studenti = new Dictionary<int, string>();
studenti.Add(1, "Petr");  // Přidání klíče 1 s hodnotou "Petr"
studenti.Add(2, "Anna");  // Přidání klíče 2 s hodnotou "Anna"

Můžeme také použít zkrácený zápis pro inicializaci:

Dictionary<string, int> veky = new Dictionary<string, int>
{
    { "Petr", 20 },
    { "Anna", 25 }
};

Přístup k hodnotám ve slovníku

K hodnotám ve slovníku přistupujeme pomocí jejich klíče.

int vek = veky["Petr"];  // Výstup: 20

Pokud klíč ve slovníku neexistuje, můžeme použít metodu TryGetValue, abychom zabránili vyvolání výjimky.

if (veky.TryGetValue("Josef", out int vekJosefa))
{
    Console.WriteLine(vekJosefa);
}
else
{
    Console.WriteLine("Josef není ve slovníku.");
}

Iterace přes slovník

Při iteraci přes slovník můžeme použít foreach smyčku k iteraci přes jednotlivé páry klíč-hodnota.

foreach (KeyValuePair<string, int> student in veky)
{
    Console.WriteLine($"{student.Key} má {student.Value} let.");
}

Další typy kolekcí

Kromě seznamů a slovníků poskytuje C# mnoho dalších kolekcí, které jsou užitečné v různých scénářích.

Množina (HashSet<T>)

Množina je kolekce, která neumožňuje duplikáty. Je velmi užitečná, pokud potřebujeme uchovávat unikátní hodnoty a není důležité pořadí prvků.

HashSet<string> mesta = new HashSet<string> { "Praha", "Brno", "Ostrava" };
mesta.Add("Plzeň");  // Přidání nového města
mesta.Add("Praha");  // Tento prvek nebude přidán, protože už existuje

Fronta (Queue<T>)

Fronta funguje na principu FIFO (First In, First Out), což znamená, že prvky jsou přidávány na konec a odebírány z počátku.

Queue<string> fronta = new Queue<string>();
fronta.Enqueue("Petr");
fronta.Enqueue("Anna");
Console.WriteLine(fronta.Dequeue());  // Výstup: Petr

Zásobník (Stack<T>)

Zásobník funguje na principu LIFO (Last In, First Out), což znamená, že poslední přidaný prvek je první, který bude odebrán.

Stack<string> zasobnik = new Stack<string>();
zasobnik.Push("Petr");
zasobnik.Push("Anna");
Console.WriteLine(zasobnik.Pop());  // Výstup: Anna

Rozdíly mezi typy kolekcí

Výkon a složitost

Různé kolekce mají různé charakteristiky, pokud jde o výkon a složitost operací. Zatímco seznamy mají efektivní přístup k prvkům pomocí indexu (O(1)), operace přidávání nebo odebírání prvků může být méně efektivní, pokud se jedná o velké množství dat. Na druhou stranu slovníky poskytují velmi rychlé vyhledávání na základě klíče (O(1)), ale mohou mít větší paměťové nároky.

Složitost běžných operací:

Závěr

Seznamy, slovníky a další kolekce jsou nezbytné nástroje pro správu dat v C#. V této lekci jsme se naučili, jak pracovat s pokročilými datovými strukturami, jako jsou List, Dictionary, HashSet, Queue a Stack. Každý z těchto typů kolekcí má své specifické vlastnosti a je vhodný pro různé scénáře. Správný výběr datové struktury je klíčový pro efektivitu a výkon aplikace.