C# 集合介面 ICollection 與 BitArray 位元組操作實戰

.NET 集合框架以介面為核心，ICollection<T> 定義了集合的基本契約。本文實作演示泛型集合介面的標準用法，並深入解析 BitArray 進行高效位元組操作的特殊方法。

一、ICollection<T> 標準操作

初始化與基本增刪查

using System.Collections.ObjectModel;

ICollection<int> coll = new Collection<int>();
coll.Add(100); coll.Add(22); coll.Add(30);

foreach (int x in coll) Console.WriteLine(x); // 列舉
Console.WriteLine("Count: " + coll.Count);    // 3

coll.Add(222);
coll.Remove(22);                              // 移除首個匹配項
Console.WriteLine("Count: " + coll.Count);    // 3
Console.WriteLine("Contains 22: " + coll.Contains(22)); // False

複製到陣列

int[] arr = new int[coll.Count];
coll.CopyTo(arr, 0); // 從索引 0 開始複製

for (int i = 0; i < coll.Count; i++)
    Console.WriteLine($"arr[{i}]={arr[i]}, coll={coll.ElementAt(i)}");

CopyTo 是將集合內容批次轉為陣列的高效方式，適用於需隨機存取或傳遞給僅接受陣列的 API。

字串集合範例

ICollection<string> strColl = new Collection<string>();
strColl.Add("the "); strColl.Add("people's ");
strColl.Add("republic "); strColl.Add("china ");
foreach (string s in strColl) Console.Write(s); // 輸出: the people's republic china 

二、BitArray：緊湊位元組陣列操作

BitArray 以位元為單位儲存布林值，記憶體效率極高（32 個布林值僅佔 4 位元組）。支援邏輯運算與位元級存取。

建構與基本存取

BitArray bits = new BitArray(4); // 4 個位元，預設 false
bits[0] = false; bits[1] = true; bits[2] = true; bits[3] = false;

DisplayBits("Initial", bits);
// Initial[0]=False, Initial[1]=True, Initial[2]=True, Initial[3]=False

核心邏輯運算方法

Not() 運算示範

Console.WriteLine("After Not():");
bits.Not();
DisplayBits("Not", bits);
// Not[0]=True, Not[1]=False, Not[2]=False, Not[3]=True

輔助顯示方法

public static void DisplayBits(string name, BitArray ba)
{
    for (int i = 0; i < ba.Count; i++)
        Console.WriteLine($"{name}[{i}] = {ba[i]}");
}

應用場景與優勢

• 旗標集合：單一整數替代多個 bool 變數（如檔案屬性、權限掩碼）
• 大規模布林索引：布隆過濾器、稀疏矩陣標記
• 加密/壓縮演算法：位元級運算核心
• 網路協議解析：標頭旗標位提取

BitArray 非泛型、不可調整大小（建構時固定長度），但提供極佳的空間效率與位元運算性能。現代 .NET 亦可考慮 System.Collections.Immutable.BitArray 或 Vector<ulong> 進行 SIMD 加速。