C# 从集合、泛型、异常到 IO、多线程全套入门笔记

摘要：本文整合 C# 基础进阶五大核心模块：非泛型 / 泛型集合、泛型原理与约束、异常处理机制、文件 IO 流操作、进程与多线程同步，配套完整可运行代码，区分新旧容器优劣，总结开发避坑点，适合零基础入门、面试突击复习。 标签：C#; .NET; 集合；泛型；多线程；IO 流；异常处理 分类：后端开发 / C# 桌面开发

前言

初学 C# 时很容易混淆ArrayList和List、分不清栈 / 队列使用场景、写文件忘记释放资源、多线程并发出现数据错乱。本文结合课堂全套笔记，把集合容器、泛型、异常、IO 文件、多线程五大高频知识点一次性梳理清楚，所有案例均可直接复制运行，同时标注生产环境推荐写法与淘汰 API。

一、集合容器：线性容器 & 键值容器

1.1 非泛型容器（System.Collections，新项目不推荐）

1.1.1 ArrayList 动态数组

本质是object[]，可存任意类型，存在装箱拆箱损耗，无类型校验。

核心特性

1. 容量自动扩容，默认初始容量 16；
2. 支持Add()尾部添加、Insert(index,obj)指定位置插入；
3. 删除：Clear()清空、Remove(元素)删首个匹配、RemoveAt(索引)、RemoveRange(起始,数量)；
4. 查询：Contains()判断存在、IndexOf()获取索引；
5. 属性：Count实际元素数 /Capacity总容量。

示例代码

csharp

运行

using System; using System.Collections; class TestArrayList { static void Main() { ArrayList arr = new ArrayList(); arr.Add(10); arr.Add("测试字符串"); arr.Add(true); arr.Insert(1, 999); // 索引1插入999 arr.Remove("测试字符串"); // 删除指定元素 arr.RemoveAt(0); // 删除索引0 Console.WriteLine(arr.Contains(true)); // true // 遍历 foreach (var item in arr) { Console.WriteLine(item); } } }

缺点：混合类型存储，取值强制转换极易报错，性能差，新项目一律用List<T>替代。

1.1.2 Queue 队列（FIFO 先进先出）

场景：消息队列、任务排队、打印队列。

• 入队：Enqueue(obj)
• 出队（取出并删除）：Dequeue()
• 查看队首（不删除）：Peek()
• 统计：Count

csharp

运行

Queue queue = new Queue(); queue.Enqueue("消息1"); queue.Enqueue("消息2"); Console.WriteLine(queue.Peek()); // 消息1 Console.WriteLine(queue.Dequeue()); // 消息1，队列仅剩消息2

1.1.3 Stack 栈（LIFO 后进先出）

场景：撤销操作、递归回溯、表达式求值。

• 入栈：Push(obj)
• 出栈：Pop()
• 查看栈顶：Peek()

csharp

运行

Stack stack = new Stack(); stack.Push("页面A"); stack.Push("页面B"); Console.WriteLine(stack.Pop()); // 页面B

1.1.4 Hashtable 哈希键值对

键唯一，存储DictionaryEntry，同样 object 装箱，淘汰方案：Dictionary<TKey,TValue>

csharp

运行

Hashtable ht = new Hashtable(); ht.Add("id", 1001); ht["name"] = "张三"; // 赋值，键存在则覆盖 Console.WriteLine(ht.ContainsKey("id")); // 遍历键值对 foreach (DictionaryEntry kv in ht) { Console.WriteLine($"{kv.Key}:{kv.Value}"); }

1.1.5 SortedList 自动排序键值容器

自动按照 key 升序，同时支持索引访问+键访问双模式；不允许重复 key。

csharp

运行

SortedList sl = new SortedList(); sl.Add(3, "C"); sl.Add(1, "A"); sl.Add(2, "B"); // 自动排序输出 1:A 2:B 3:C

1.2 泛型容器（System.Collections.Generic，生产首选）

1.2.1 List<T> 泛型动态数组（替代 ArrayList）

强类型约束，无装箱拆箱，编译期类型检查，方法与 ArrayList 完全对齐。

csharp

运行

// 集合初始化器 List<int> numList = new List<int>() { 1,2,3,4 }; numList.Add(5); numList.Insert(0,0); // 存储自定义实体 class Student { public int Id { get; set; } public string Name { get; set; } } List<Student> stus = new List<Student>() { new Student{Id=1001,Name="小明"} };

1.2.2 Dictionary<TKey,TValue> 泛型字典（替代 Hashtable）

核心优势：O (1) 键查找，推荐TryGetValue安全取值，避免键不存在抛异常。

csharp

运行

Dictionary<string,int> ageDic = new Dictionary<string,int>(); ageDic["小明"] = 18; ageDic.Add("小红",17); // 安全取值（推荐） if(ageDic.TryGetValue("小明",out int age)) { Console.WriteLine(age); } // 三种遍历 foreach(var kv in ageDic){} // 键值对 foreach(var k in ageDic.Keys){} // 仅键 foreach(var v in ageDic.Values){} // 仅值

1.2.3 Queue<T> / Stack<T> 泛型栈队列

用法同非泛型，仅增加类型约束，杜绝类型混乱。

csharp

运行

Queue<string> msgQueue = new Queue<string>(); Stack<int> numStack = new Stack<int>();

1.3 容器选型对照表

表格

二、泛型：解决装箱拆箱与类型复用

2.1 装箱 & 拆箱底层原理

• 装箱：值类型 → object 引用类型（堆分配，性能损耗）
• 拆箱：object → 原始值类型（强制转换）

csharp

运行

// 装箱 int a = 10; object obj = a; // 拆箱 int b = (int)obj;

非泛型容器存储值类型时会频繁装箱，大量循环下性能断崖下跌，泛型从根源解决该问题。

2.2 泛型基础：泛型方法 / 泛型类

泛型将类型参数延迟到调用时指定，编译器 JIT 会为每种 T 生成专属代码，无装箱。

泛型方法示例

csharp

运行

// T为类型占位符 public static void Show<T>(T data) { Console.WriteLine($"数据：{data}，类型：{typeof(T)}"); } // 调用自动推导类型 Show(123); Show("测试文本"); Show(DateTime.Now);

泛型类示例

csharp

运行

class MyContainer<T> { private T _data; public void Set(T val) => _data = val; public T Get() => _data; } // 使用 MyContainer<string> strBox = new MyContainer<string>(); strBox.Set("泛型测试");

2.3 五大泛型约束 where

通过where限制 T 的类型范围，访问类型自有属性 / 方法：

1. where T : struct：必须是值类型
2. where T : class：必须是引用类型
3. where T : new()：必须有无参公共构造函数（放最后）
4. where T : 基类：必须继承该类
5. where T : 接口：必须实现该接口

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运行

// 多重约束，new()写末尾 public static void PrintUser<T>(T user) where T : People, ISay, new() { user.SayHi(); } class People { public int Id; } interface ISay { void SayHi(); }

三、异常处理：try-catch-finally & 自定义异常

3.1 常见系统异常

1. IndexOutOfRangeException：数组 / 集合下标越界
2. NullReferenceException：空对象调用成员
3. DivideByZeroException：除零错误
4. IOException：文件读写失败
5. ArgumentException：参数非法

3.2 核心语法：try-catch-finally

• try：存放可能报错代码
• catch：捕获对应异常，精准异常写在前，Exception 兜底
• finally：无论是否报错，一定会执行，用于释放资源（文件、网络连接）

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运行

static void ReadFileDemo() { FileStream fs = null; try { fs = new FileStream("test.txt", FileMode.Open); byte[] buf = new byte[1024]; fs.Read(buf,0,buf.Length); } catch(FileNotFoundException ex) { Console.WriteLine("文件不存在："+ex.Message); } catch(Exception ex) { Console.WriteLine("未知错误："+ex); } finally { // 释放流资源 fs?.Close(); fs?.Dispose(); } }

3.3 using 语法糖（替代手动释放资源）

实现IDisposable接口的对象（文件流、数据库连接）可用using，编译自动生成try-finally释放资源，简化代码：

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运行

// 等价上方finally释放逻辑 using(FileStream fs = new FileStream("test.txt",FileMode.Open)) { byte[] buf = new byte[1024]; fs.Read(buf,0,buf.Length); }

3.4 throw 三种写法避坑

1. throw ex;❌ 不推荐：重置异常堆栈，丢失原始报错行
2. throw;✅ 推荐：保留完整异常栈
3. throw new Exception("提示",ex);✅ 包装异常，形成异常链（InnerException）

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运行

try { int a = 1 / 0; } catch(DivideByZeroException ex) { // 包装内部异常，便于日志排查 throw new BusinessException("计算出错", ex); }

3.5 自定义异常

业务场景区分系统异常，继承Exception：

csharp

运行

public class BusinessException : Exception { public BusinessException(){} public BusinessException(string msg):base(msg){} public BusinessException(string msg,Exception inner):base(msg,inner){} } // 抛出自定义异常 throw new BusinessException("用户余额不足");

四、IO 文件与流操作（System.IO）

4.1 静态工具类：Path / File / Directory

Path：路径处理（不操作物理文件）

csharp

运行

string path = @"C:\Desktop\demo.txt"; Console.WriteLine(Path.GetFileName(path)); // demo.txt Console.WriteLine(Path.GetExtension(path)); // .txt Console.WriteLine(Path.GetDirectoryName(path)); // C:\Desktop Console.WriteLine(Path.Combine(@"C:\Desktop","a.txt")); // 拼接路径

File：文件静态读写（小文件首选）

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运行

// 一次性读取全部文本 string text = File.ReadAllText("demo.txt",Encoding.UTF8); // 按行读取 string[] lines = File.ReadAllLines("demo.txt"); // 覆盖写入 File.WriteAllText("demo.txt","写入内容"); // 追加写入 File.AppendAllText("demo.txt","追加文字"); // 二进制读写（图片、视频） byte[] data = File.ReadAllBytes("1.jpg"); File.WriteAllBytes("copy.jpg",data);

Directory：文件夹操作

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运行

Directory.CreateDirectory(@"C:\test"); // 创建文件夹 Directory.Delete(@"C:\test",true); // true递归删除所有子文件 bool hasFolder = Directory.Exists(@"C:\test");

4.2 流分类（Stream 抽象基类）

1. FileStream：字节流，读写任何文件（图片 / 视频 / 文本）
2. StreamReader/StreamWriter：字符流，专门处理文本，自带编码
3. BufferedStream：缓冲流，提升大文件读写性能
4. MemoryStream：内存流，无磁盘 IO

文本读写示例（StreamReader/StreamWriter）

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运行

// 读取 using(StreamReader sr = new StreamReader("demo.txt",Encoding.UTF8)) { while(!sr.EndOfStream) { string line = sr.ReadLine(); } } // 写入，第二个参数true=追加 using(StreamWriter sw = new StreamWriter("demo.txt",true,Encoding.UTF8)) { sw.WriteLine("新增一行"); }

五、进程与多线程同步（System.Threading）

5.1 Process 进程类：启动程序 / 查看进程

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运行

// 打开记事本 Process.Start("notepad"); // 遍历所有进程，关闭Edge foreach(var p in Process.GetProcesses()) { if(p.ProcessName.ToLower() == "msedge") { p.Kill(); } }

5.2 Thread 基础线程

主线程：Main方法线程；子线程用于耗时操作（文件、网络、计算）

无参 / 有参线程创建

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运行

// 无参线程 Thread t1 = new Thread(DoWork); t1.Start(); // 带object参数线程 Thread t2 = new Thread(DoParamWork); t2.Start("传入参数"); static void DoWork() { Console.WriteLine("子线程执行"); } static void DoParamWork(object arg) { Console.WriteLine(arg.ToString()); }

常用线程方法

• Start()：启动线程
• Sleep(毫秒)：当前线程休眠
• Join()：阻塞主线程，等待子线程执行完毕
• IsBackground=true：后台线程，程序退出自动销毁

5.3 线程同步锁 lock（解决资源竞争）

多线程同时修改同一变量会出现数据错乱，用 lock 锁定临界资源：

csharp

运行

class AppleDemo { static int appleCount = 10; // 私有静态锁对象，禁止string、this、typeof static readonly object locker = new object(); static void Main() { Thread t1 = new Thread(EatApple); Thread t2 = new Thread(EatApple); t1.Start("张三"); t2.Start("李四"); } static void EatApple(string name) { while(true) { lock(locker) { if(appleCount <= 0) break; appleCount--; Console.WriteLine($"{name}吃苹果，剩余{appleCount}"); Thread.Sleep(500); } } } }

lock 避坑：不要锁字符串、不要锁实例 this，推荐私有静态只读 object。

5.4 Mutex 跨进程互斥锁

用于限制程序单开，多个 exe 互斥：

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运行

bool newMutex; Mutex mutex = new Mutex(true,"SingleApp",out newMutex); if(!newMutex) { Console.WriteLine("程序已启动，直接退出"); return; }

六、全套知识点总结

1. 集合选型：新项目全部使用泛型List<T>、Dictionary<TKey,TValue>，摒弃 ArrayList、Hashtable；栈队列按需选用Stack<T>/Queue<T>。
2. 泛型核心：消除装箱拆箱，编译类型安全，where约束拓展泛型能力。
3. 异常规范：分层捕获异常，优先使用throw保留堆栈，资源必须用using释放。
4. IO 操作：小文件用 File 静态方法，大文件使用带缓冲流；文本用 StreamReader，多媒体用 FileStream 字节流。
5. 多线程规范：共享资源必须加 lock 同步，区分前后台线程，避免死锁。

七、面试高频问答

1. ArrayList 和 List<T>区别？ 答：ArrayList 存储 object，装箱拆箱、无类型校验；List<T>泛型强类型，无性能损耗，编译报错提前拦截。
2. Dictionary 查找速度为什么快？ 答：底层哈希表，通过哈希码定位，平均 O (1) 查询效率。
3. using 的底层原理？ 答：实现 IDisposable 接口，编译生成 try-finally 块，自动调用 Dispose 释放非托管资源。
4. 多线程不加锁会出现什么问题？ 答：共享变量读写错乱、数据脏读，业务逻辑结果不符合预期。