Programación de Objetos.Net C# LDP / DUOC-AV. Manejo de Colecciones y Listas... 1 Colecciones ArrayList y List... 1

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1 En esta guía: Programación de Objetos.Net C# LDP / DUOC-AV Manejo de Colecciones y Listas... 1 Colecciones ArrayList y List... 1 Añadir artículos a las listas...3 Acceso a los elementos...3 Inserción de artículos en una lista...4 Ordenando Listas...4 Búsqueda de elementos en una lista...4 Obtener información de una lista...5 Borrado de elementos...5 Introducción a los Tipos Genéricos (Generics)... 6 Colecciones Hashtable y Diccionarios... 8 La clase HashTable...8 La clase Dictionary(TKey, TValue)...10

2 Manejo de Colecciones y Listas Cuando se tiene la necesidad de manejar datos estrechamente relacionados, estos se pueden tratar con más eficacia si se agrupan en una colección. En lugar de escribir código independiente para tratar cada objeto individualmente, puede usar el mismo código para procesar todos los elementos de una colección. La forma más escencial de agrupamiento de elementos se presenta mediante las estructuras de arreglos que podemos definir y crear al momento de la declaración: /* Crea un arreglos de números de 3 posiciones */ int[] números = new int[3]; Las colecciones de clases de C# son un conjunto de clases diseñadas específicamente para agrupar objetos y llevar a cabo tareas con ellos. Tanto la list T como la ArrayList y otras clases de la Collections tienen propiedades muy similares a los arrays de C#. Una ventaja fundamental de estas clases sobre los arrays es que puedan crecer y reducir el número de objetos almacenados. Algunas clases Collections tienen capacidades de ordenación y la mayor parte están indexadas. La administración de la memoria se controla automáticamente y la capacidad de una colección se expande si es necesario. Algunas clases Collections pueden generar contenedores que hacen que la colección sea de sólo lectura o que tenga un tamaño fijo. Algunas clases Collections pueden generar su propio enumerador que facilita la iteración por los elementos. Colecciones ArrayList y List Tanto un objeto ArrayList como un objeto List<T> son versiones más sofisticadas de una matriz. La clase ArrayList y la clase genérica List<T> proporcionan algunas de las características que se proporcionan en la mayoría de las clases System.Collections, pero que no se proporcionan en la clase Array. Por ejemplo: La capacidad de Array es fija, mientras que la capacidad de ArrayList o List(T) se amplía automáticamente si es necesario. Si se cambia el valor de la propiedad Capacity, la memoria se reasigna y los elementos se copian automáticamente. ArrayList y List(T) proporcionan métodos para agregar, insertar o quitar un intervalo de elementos. En una colección Array, sólo puede obtener o establecer un valor para un elemento cada vez. Resulta fácil crear una versión sincronizada de ArrayList con el método Synchronized. La clase Array deja que el usuario decida si va a implementar la sincronización. ArrayList y List(T) proporcionan métodos que devuelven a la colección contenedores de sólo lectura y de tamaño fijo, mientras que Array no lo hace. Página 1

3 Por otra parte, Array ofrece cierta flexibilidad que ArrayList y List(T) no proporcionan. Por ejemplo: Se puede establecer el límite inferior de Array, pero el límite inferior de ArrayList o List(T) siempre es cero. Array puede tener varias dimensiones, mientras que ArrayList o List(T) siempre tienen una dimensión exactamente. Un objeto Array de un tipo específico distinto de Object ofrece mejor rendimiento que ArrayList ya que los elementos de ArrayList son de tipo Object y, por lo tanto, las conversiones boxing y unboxing se producirán normalmente al almacenar o recuperar un tipo de valor. Sin embargo, List(T) puede presentar un rendimiento similar al de una matriz del mismo tipo siempre que no se requiera ninguna reasignación, es decir, siempre que la capacidad inicial sea una aproximación acertada del tamaño máximo de la lista. En la mayoría de las situaciones en las que se requiere una matriz, se puede utilizar en su lugar un objeto ArrayList o List(T); son más fáciles de utilizar y, por lo general, presentan un rendimiento similar al de una matriz del mismo tipo. Array está en el espacio de nombres System; ArrayList, en System.Collections; y List(T), en System.Collections.Generic. Por lo cual debemos verificar que estos estén declarados en la cabecera del código mediante la respectiva instrucción using. ArrayList es un objeto creado de una manera similar, aunque sin el argumento de tipo: ArrayList nombre = new ArrayList (); La sintaxis para crear una colección list T es la siguiente: List tipo nombre = new List tipo (); Con esta sintaxis ahora podemos crear una list T denominada listacolores: using System; using System.Collections.Generic; public class Lista List string listacolores = new List string (); Página 2

4 Añadir artículos a las listas Una vez que una lista se ha creado hay una serie de métodos que pueden ser llamados a realizar tareas en la lista. En este caso para agregar elementos a la lista de objetos se utiliza el método Add(). Ejemplo: List string ListaColores = new List string (); ListaColores.Add ("Azul"); ListaColores.Add ("Rojo"); ListaColores.Add ("Verde"); ListaColores.Add ("Amarillo"); ListaColores.Add ("Morado"); Acceso a los elementos A los elementos individuales en una lista se puede acceder mediante el índice del valor de la partida (teniendo en cuenta que el primer punto del índice es 0, el segundo índice 1 y así sucesivamente). El valor del índice se encuentra entre corchetes tras el nombre de la lista. Por ejemplo, para acceder al segundo punto del objeto ListaColores: Console.WriteLine (ListaColores[1]); Un elemento de la lista puede cambiar su valor de manera similar usando el índice combinado con el operador de asignación. Por ejemplo, para cambiar el color de verde a mamey: ListaColores[2] = "Negro"; Todos los elementos de una lista se pueden acceder mediante un bucle foreach. Por ejemplo: /* Mostrar todos los colores de la lista */ foreach (string color in ListaColores) Console.WriteLine ( color ); Página 3

5 Inserción de artículos en una lista Anteriormente se utilizó el método Add() para añadir elementos a una lista. El método Add(), sin embargo, sólo añade elementos al final de una lista. A veces es necesario añadir un nuevo tema en una ubicación específica en una lista. Insert() es el método para este fin específico. Insert() recibe dos argumentos, un entero que indica el índice de localización de la inserción y el tema que se incluirá en ese lugar. Por ejemplo, para insertar un elemento en la posición 2 de la lista sería: ListaColores.Insert(2, "Blanco"); Ordenando Listas No hay manera de decirle a C# que ordene automáticamente una lista de artículos despues de añadir. Si los elementos de una lista deben estar siempre ordenados se debe llamar al metodo Sort una vez se añaden nuevos elementos: ListaColores.Sort(); Alternativamente se cuenta con clases de colección especializadas para estos efectos como SortedList y SortedList<T>. Búsqueda de elementos en una lista Se proveen un buen número de métodos con las clases List y la ArrayList. El método más básico es el Contains(), en el cual cuando se pide a un objeto ArrayList o List devuelve true si el tema se encuentra en la lista, o false si no se encuentra. El IndexOf() devuelve el valor de un índice de un elemento de la lista. Por ejemplo, el código siguiente muestra el valor de salida de 3, que es el índice de la posición de "Amarillo" en la cadena: List string ListaColores = new List string (); ListaColores.Add ("Azul"); ListaColores.Add ("Rojo"); ListaColores.Add ("Verde"); ListaColores.Add ("Amarillo"); Console.WriteLine(ListaColores.IndexOf("Amarillo")); Si el elemento no se encuentra en la lista devuelve -1. Página 4

6 Esta técnica podría utilizarse para reemplazar un valor con otro. Por ejemplo, sin conocer de antemano el valor del índice del "Amarillo" cadena podemos cambiar a "Negro": ListaColores[ListaColores.IndexOf("Amarillo")] = "Negro"; El LastIndexOf() método devuelve el valor del índice del último elemento de la lista para que coincida con el punto especificado. Esto es particularmente útil cuando la lista contiene elementos duplicados. Obtener información de una lista Hay dos miembros de la clase que son útiles para obtener información acerca de una lista de C # o colección de objetos ArrayList. La propiedad Capacity puede ser utilizada para identificar el número de artículos que puede almacenar una colección sin tener que cambiar el tamaño. El propiedad Count, por otra parte, identifica cuantos artículos se encuentran actualmente almacenados en la lista. Por razones obvias, Capacity será siempre superior a Count. Borrado de elementos Todos los elementos de una lista podrán ser borrados mediante el método Clear(): ListaColores.Clear(); Clear() elimina los elementos de la lista y establece la propiedad Count a cero. La propiedad Capacity, sin embargo, sigue siendo la misma. Para eliminar la propiedad Capacity después del método Clear() hay que llamar a TrimExcess(). Con el método Remove() y RemoveAt, se pueden eliminar los elementos específicos que se desean. Por ejemplo, para eliminar un elemento en la posición 2 de la lista sería: ListaColores.RemoveAt(2); Para poder eliminar el elemento Amarillo sería de la siguiente forma: ListaColores.Remove( Amarillo ); Página 5

7 Introducción a los Tipos Genéricos (Generics) Los tipos genéricos se agregaron a la versión 2.0 del lenguaje C# y Common Language Runtime (CLR). Estos tipos agregan el concepto de parámetros de tipo a.net Framework, lo cual permite diseñar clases y métodos que aplazan la especificación de uno o más tipos hasta que el código de cliente declara y crea una instancia de la clase o del método. Por ejemplo, mediante la utilización de un parámetro de tipo genérico T, se puede escribir una clase única que otro código de cliente puede utilizar sin generar el costo o el riesgo de conversiones en tiempo de ejecución u operaciones de conversión boxing, Las clases y los métodos genéricos combinan reusabilidad, seguridad de tipos y eficacia de una manera que sus homólogos no genéricos no pueden. Los tipos genéricos se utilizan frecuentemente con las colecciones y los métodos que funcionan en ellas. La versión 2.0 de la biblioteca de clases de.net Framework proporciona un nuevo espacio de nombres, System.Collections.Generic, que contiene varias clases nuevas de colección basadas en tipos genéricos. Se recomienda que todas las aplicaciones destinadas a.net Framework 2.0 y versiones posteriores utilicen las nuevas clases de colección genéricas en lugar de sus homólogas no genéricas anteriores, como ArrayList. Los tipos genéricos proporcionan la solución a una limitación de las versiones anteriores de Common Language Runtime y del lenguaje C#, en los que se realiza una generalización mediante la conversión de tipos a y desde el tipo base universal Object. Con la creación de una clase genérica, se puede crear una colección que garantiza la seguridad de tipos en tiempo de compilación. Las limitaciones del uso de clases de colección no genéricas se pueden demostrar escribiendo un breve programa que utilice la clase de colección ArrayList de la biblioteca de clases base de.net Framework. ArrayList es una clase de colección muy conveniente, que se puede utilizar sin modificar para almacenar tipos de referencia o tipos de valor. System.Collections.ArrayList lista1 = new System.Collections.ArrayList(); lista1.add(3); lista1.add(105); System.Collections.ArrayList lista2 = new System.Collections.ArrayList(); lista2.add("azul"); lista2.add("amarillo"); Pero esta conveniencia tiene su costo. Cualquier referencia o tipo de valor agregado a un objeto ArrayList se convierte implícitamente a Object. Si los elementos son tipos de valor, se les debe aplicar la conversión boxing cuando se agregan a la lista y la conversión unboxing cuando se recuperan. Tanto las operaciones de conversión de tipos como las de conversiones boxing y unboxing reducen el rendimiento; el efecto de las conversiones boxing y unboxing puede ser muy notable en los casos en los que se deben recorrer en iteración colecciones extensas. Página 6

8 La otra limitación es la ausencia de comprobación de tipos en tiempo de compilación; dado que un objeto ArrayList convierte todo a Object, en tiempo de compilación no hay forma de evitar que el código de cliente haga cosas como la siguiente: System.Collections.ArrayList lista = new System.Collections.ArrayList(); // Agrega un número. lista.add(3); // Agrega una cadena. lista.add("azul"); int t = 0; // Esto causa una excepción del tipo InvalidCastException. foreach (int x in lista) t += x; Aunque es perfectamente válido y a veces intencionado si se crea una colección heterogénea, es probable que la combinación de cadenas y valores int en un objeto ArrayList único sea un error de programación, el cual no se detectará hasta el tiempo de ejecución. Lo que ArrayList y otras clases similares realmente necesitan es un modo de que el código de cliente especifique, por instancias, el tipo de datos particular que se va a utilizar. Eso eliminaría la necesidad de convertir a T:System.Object y también haría posible que el compilador realizara la comprobación de tipos. Es decir, ArrayList necesita un parámetro de tipo. Eso es precisamente lo que los tipos genéricos proporcionan. En la colección genérica List(T), en el espacio de nombres System.Collections.Generic, la misma operación de agregar elementos a la colección tiene la apariencia siguiente: // Declara una lista generica para tipos enteros List<int> lista = new List<int>(); // Sin boxing ni casting: lista.add(3); // Esto daría un error de compilación al chequear el tipo: // lista.add("azul"); En el código de cliente, la única sintaxis que se agrega con List(T) en comparación con ArrayList es el argumento de tipo en la declaración y creación de instancias. A cambio de esta complejidad de codificación ligeramente mayor, se puede crear una lista que no sólo es más segura que ArrayList, sino que también es bastante más rápida, en especial cuando los elementos de lista son tipos de valor. Página 7

9 Colecciones Hashtable y Diccionarios Al manejar los elementos agrupados en clases de colecciones especializadas, tenemos ventajas en su manejo mediante los distintos métodos que se disponen para ello. No obstante la mejora analizada en el manejo de ArrayList versus List<T>, respecto de la seguridad de tipos, ambas colecciones continúan accediendo a los elementos en base a su índice o contenido, pero en ocasiones es requerido coleccionar objetos más complejos y con la misma facilidad de acceso. Para estos escenarios se provee de clases de colección que manejan una llave o clave para identificar alguno de los elementos coleccionados y retornarlos como un todo. La clase Hashtable y la clase genérica Dictionary(TKey, TValue) implementan la interfaz IDictionary. La clase genérica Dictionary(TKey, TValue) también implementa la interfaz genérica IDictionary(TKey, TValue). Por consiguiente, todos los elementos de estas colecciones son un par de clave y valor. Un objeto Hashtable está formado por sectores que contienen los elementos de la colección. Un sector de almacenamiento es un subgrupo virtual de elementos dentro de la Hashtable con el que se consigue facilitar y agilizar la búsqueda y la recuperación con respecto a la mayoría de las colecciones. Cada sector de almacenamiento está asociado con un código hash, generado con una función hash y basado en la clave del elemento. Cada objeto utilizado como elemento en una Hashtable deberá poder generar un código hash para sí mismo mediante una implementación del método GetHashCode. Aun así, también puede especificarse una función hash para todos los elementos en Hashtable mediante un constructor de Hashtable que acepte como parámetro una implementación de IHashCodeProvider. Cuando se agrega un objeto a Hashtable, éste pasa al sector de almacenamiento asociado al código hash que coincide con el suyo propio. Cuando se busca un valor en Hashtable, se genera el código hash para ese valor y se busca el sector de almacenamiento asociado al código. La clase Dictionary(TKey, TValue) tiene la misma funcionalidad que la clase Hashtable. Un Dictionary(TKey, TValue) de un tipo específico (que no sea Object) rinde más que la clase Hashtable para los tipos de valores, ya que los elementos de Hashtable son del tipo Object y, por tanto, se producen conversiones boxing y unboxing si se almacena o recupera un valor. La clase HashTable Cada elemento es un par de clave y valor almacenado en un objeto DictionaryEntry. Una clave no puede ser referencia null, pero un valor sí puede serlo. Cuando se agrega un elemento a Hashtable, el elemento se coloca en un sector de almacenamiento en función del código hash de la clave. Las búsquedas posteriores de la clave utilizarán su código hash para buscar en un sector de almacenamiento determinado solamente; de este modo, se reducirá considerablemente el número de comparaciones de clave necesarias para encontrar un elemento. Página 8

10 Cada objeto de clave de Hashtable debe proporcionar su propia función hash, a la que se tiene acceso llamando al método GetHash. Sin embargo, se puede pasar cualquier objeto que implemente IHashCodeProvider a un constructor Hashtable y utilizar esa función hash para todos los objetos de la tabla. La capacidad de Hashtable es el número de elementos que Hashtable puede contener. Conforme se agregan elementos a Hashtable, la capacidad aumenta automáticamente según lo requiera la reasignación. La instrucción foreach del lenguaje C# requiere el tipo de cada elemento de la colección. Como los elementos de Hashtable son pares de clave y valor, el tipo del elemento no se corresponde con el tipo de la clave ni con el del valor. En su lugar, el tipo del elemento es DictionaryEntry. Por ejemplo: foreach (DictionaryEntry entrada in coleccion)... La instrucción foreach es un contenedor del enumerador, que sólo permite la lectura pero no la escritura en la colección. Dado que la serialización y deserialización de un enumerador para un objeto Hashtable puede provocar la reordenación de los elementos, no es posible continuar con la enumeración sin llamar antes al método Reset. El siguiente código muestra la declaración y adición de elementos a un HashTable: Hashtable coleccion = new Hashtable(); for (i=0; i < 5; i++) coleccion.add(i, string.format( Elemento 0, i)); Si bien se trata de un ejemplo básico que se puede solucionar con un ArrayList, se muestra el manejo de una clave para identificar cada elemento. El manejo de las claves requiere que estas sean únicas al momento de agregar un elemento al Hashtable, si se ingrese una misma clave para elementos distintos se generará una excepción indicando esta situación. Al momento de realizar la inserción o la búsqueda de elementos se puede hacer uso del método ContainsKey(), con el cual se puede verificar si la llave ya está asignada a un elemento de la colección, el siguinete ejemplo demuestra su uso: string llave = Uno ; if (coleccion.containskey(llave)) Console.WriteLine ( Llave existe ); else Página 9

11 Console.WriteLine( Llave no existe ); La clase Dictionary(TKey, TValue) Esta es una implementación especializada y genérica de un Hashtable, que permite la asociación de pares valor y su recorrido como tal. La clase genérica Dictionary(TKey, TValue) proporciona una asignación de un conjunto de claves a un conjunto de valores. Cada elemento que se agrega al diccionario está compuesto de un valor y su clave asociada. Recuperar un valor utilizando su clave es muy rápido, porque la clase Dictionary(TKey, TValue) se implementa como una tabla hash. Mientras se utilice un objeto como clave en el diccionario Dictionary(TKey, TValue), dicho objeto no se debe modificar en modo alguno que afecte a su valor hash. Cada clave de un diccionario Dictionary(TKey, TValue) debe ser única conforme al comparador de igualdad del diccionario. Una clave no puede ser referencia null, aunque un valor sí puede serlo si el tipo de valor TValue es un tipo de referencia. La capacidad de una colección Dictionary(TKey, TValue) es el número de elementos que dicha Dictionary(TKey, TValue) puede contener. Cuando se agregan elementos a una colección Dictionary(TKey, TValue), la capacidad aumenta automáticamente según sea necesario mediante la reasignación de la matriz interna. Para la enumeración, cada elemento del diccionario se trata como una estructura KeyValuePair(TKey, TValue) que representa un valor y su clave. El orden en que se devuelven los elementos queda sin definir. La instrucción foreach del lenguaje C# requiere el tipo de cada elemento de la colección. Puesto que Dictionary(TKey, TValue) es una colección de claves y valores, el tipo de elemento no es el tipo de la clave, ni el tipo del valor. En su lugar, el tipo de elemento es una estructura KeyValuePair(TKey, TValue) del tipo de la clave y del tipo del valor. Por ejemplo: foreach (KeyValuePair<int, string> par in diccionario)... En el ejemplo de código siguiente se crea una colección Dictionary(TKey, TValue) vacía de cadenas con claves de cadena y se utiliza el método Add para agregar algunos elementos. En él, se muestra que el método Add produce una excepción ArgumentException cuando se intenta agregar una clave duplicada. // Crea un Nuevo diccionario de cadenas. Dictionary<string, string> extensiones = new Dictionary<string, string>(); // Agrega los elementos al diccionario. extensiones.add("txt", "notepad.exe"); extensiones.add("bmp", "paint.exe"); extensiones.add("dib", "paint.exe"); extensiones.add("rtf", "wordpad.exe"); Página 10

12 Es común que en el manejo de diccionarios la clave de acceso es conocida y los elementos asociados son cargados acorde al contexto del problema. Un ejemplo de esto puede ser la traducción de palabras a partir de una palabra como clave y distintos diccionarios son creados con el valor del idioma que representan en base a la misma clave. También se puede utilizar la propiedad Item para recuperar los valores, si la clave indicada no existe se produce una excepción KeyNotFoundException. string llave = txt ; try Console.WriteLine("Llave 0, valor = 1.", extensiones[valor]); catch (KeyNotFoundException) Console.WriteLine("Llave no encontrada."); También se puede utilizar el método TryGetValue como una forma más eficaz de recuperar valores si un programa debe probar con frecuencia valores de clave que no están en el diccionario, y a su vez el método ContainsKey para comprobar si una clave existe antes de llamar al método Add. El siguiente ejemplo muestra como enumerar las claves y los valores del diccionario. // foreach enumerará los elementos con un objeto KeyValuePair. foreach( KeyValuePair<string, string> par in diccionario ) Console.WriteLine("LLave = 0, Valor = 1", par.key, par.value); Página 11