【华为鸿蒙开发技术】仓颉中的基础 Collection 类型：Array、ArrayList、HashSet 与 HashMap

在仓颉（Cangjie）编程语言中，基础 Collection 类型是数据处理的核心组件。本文将详细介绍仓颉中的四种基础 Collection 类型：Array、ArrayList、HashSet 和 HashMap，并探讨它们各自的特性和适用场景。

Collection 类型概述

Array

Array 是最基本的集合类型，用于存储固定大小的元素序列。它的主要特点包括：

• 不可变长度：一旦创建，数组的大小不能更改。
• 支持随机访问：可以通过索引快速访问任何位置的元素。
• 元素类型统一：数组中的所有元素必须是相同类型。

使用场景：当你知道元素数量固定且不需要动态增删时，Array 是一个高效的选择。

示例代码：

let numbers: Array<Int64> = [1, 2, 3, 4, 5]
let firstElement = numbers[0]  // 访问第一个元素

ArrayList

ArrayList 是一个动态数组，支持在运行时动态增加或删除元素。其特性包括：

• 可变长度：可以根据需要增加或删除元素。
• 动态扩容：自动管理内部容量，当需要时会分配更多内存。
• 元素可重复：允许存储重复的元素。

使用场景：适用于需要频繁修改、添加或删除元素的情况。

示例代码：

import std.collection.*

let list = ArrayList<Int64>([1, 2, 3])
list.append(4)         // 添加新元素
list.remove(1)         // 删除指定索引的元素
let size = list.size   // 获取 ArrayList 的大小

HashSet

HashSet 是一个不允许重复元素的集合，内部使用哈希表实现。其特点包括：

• 元素唯一：集合中的每个元素都是唯一的。
• 无序存储：元素的存储顺序不固定，遍历时可能不按插入顺序。
• 快速查找：支持高效的元素添加、删除和查找操作。

使用场景：当你需要确保集合中的元素唯一，并且不关心元素的顺序时，HashSet 是理想选择。

示例代码：

import std.collection.*

let set = HashSet<Int64>([1, 2, 3])
set.put(4)            // 添加元素
set.remove(2)         // 删除元素
let contains = set.contains(1)  // 检查是否包含某个元素

HashMap

HashMap 是一个键值对集合，通过哈希表实现。其主要特点包括：

• 键值对存储：每个元素由一个键和一个值组成。
• 键唯一：键是唯一的，但值可以重复。
• 快速访问：支持通过键快速查找对应的值。

使用场景：当需要存储键值对并通过键快速检索对应的值时，HashMap 是最佳选择。

示例代码：

import std.collection.*

let map = HashMap<String, Int64>()
map.put("a", 1)       // 添加键值对
map.put("b", 2)
let value = map.get("a")  // 获取键 "a" 对应的值
map.remove("b")      // 删除键值对

使用示例与性能分析

Array 的使用示例与性能分析

Array 在存储固定数量的数据时表现出色，因为它提供了快速的随机访问性能。由于其长度固定，Array 的存储和访问时间复杂度均为 O(1)，这使得它在需要频繁访问但不需要修改数据的场景中非常高效。

使用示例：

let fixedArray: Array<Int64> = [10, 20, 30, 40, 50]
let thirdElement = fixedArray[2]  // 获取第3个元素，值为 30

性能分析：

• 时间复杂度：访问单个元素的时间复杂度为 O(1)。
• 空间复杂度：存储的空间复杂度与数组的长度成正比，O(n)。

ArrayList 的使用示例与性能分析

ArrayList 提供了动态调整容量的能力，使得在元素频繁变化的情况下，数据结构能够适应变化。虽然动态扩容可能带来一定的性能开销，但它的便利性使其在大多数应用中非常实用。

使用示例：

import std.collection.*

let dynamicList = ArrayList<Int64>([1, 2, 3])
dynamicList.append(4)  // 添加元素 4
dynamicList.remove(0)  // 删除第一个元素
let size = dynamicList.size  // 获取当前大小

性能分析：

• 时间复杂度：添加元素时的时间复杂度为 O(1) 平均，O(n) 最坏（需要扩容时）。删除元素的时间复杂度为 O(n)。
• 空间复杂度：随着元素的增加，ArrayList 的空间复杂度也会增加，额外的内存用于存储动态扩展的容量。

HashSet 的使用示例与性能分析

HashSet 是实现无重复集合的理想选择，通过哈希表实现高效的存储和查找。虽然它不保证元素的顺序，但其对元素唯一性的保证和快速的查找性能使其在需要集合唯一性的场景中非常有用。

使用示例：

import std.collection.*

let uniqueSet = HashSet<Int64>([1, 2, 3])
uniqueSet.put(4)            // 添加元素 4
uniqueSet.remove(2)         // 删除元素 2
let hasThree = uniqueSet.contains(3)  // 检查是否包含元素 3

性能分析：

• 时间复杂度：插入、删除和查找操作的时间复杂度平均为 O(1)。
• 空间复杂度：使用哈希表存储元素，空间复杂度为 O(n)，其中 n 是集合中元素的数量。

HashMap 的使用示例与性能分析

HashMap 是存储键值对的有效工具，适用于需要快速查找值的场景。通过哈希表实现的 HashMap 提供了高效的键值对存储和检索能力。

使用示例：

import std.collection.*

let keyValueMap = HashMap<String, Int64>()
keyValueMap.put("key1", 10)       // 添加键值对 ("key1", 10)
keyValueMap.put("key2", 20)       // 添加键值对 ("key2", 20)
let value = keyValueMap.get("key1")  // 获取键 "key1" 对应的值
keyValueMap.remove("key2")       // 删除键值对 ("key2", 20)

性能分析：

• 时间复杂度：插入、删除和查找操作的时间复杂度平均为 O(1)。
• 空间复杂度：使用哈希表存储键值对，空间复杂度为 O(n)，其中 n 是键值对的数量。

结论

在仓颉开发语言中，选择合适的 Collection 类型对于高效的数据管理和操作至关重要。每种 Collection 类型在不同的场景中都有其独特的优势和适用性：

• Array：适合固定长度的数据存储和高效的随机访问。
• ArrayList：适合动态变化的元素，支持自动扩容和修改。
• HashSet：适合需要唯一元素的场景，提供高效的查找和操作。
• HashMap：适合键值对存储和快速检索。

通过理解这些 Collection 类型的特性和性能，我们可以在编写高效的仓颉代码时做出更合适的选择。希望本文能帮助你在仓颉编程中更好地应用这些基础数据结构，提高程序的性能和可靠性。