Objective-C 基礎集合類完全指南：字典、集合、快速枚舉與數組排序實戰

OC 集合類核心：NSDictionary、NSSet、NSArray 及其可變體系深度解析

Foundation 框架提供的集合類是 iOS/macOS 開發中數據組織的基石。本文系統梳理不可變/可變字典、集合（Set）家族、快速枚舉語法糖、數組排序多態機制，並附帶內存管理、性能特徵、常見陷阱與最佳實踐。

一、 字典：鍵值對存儲的標準實現

1. 不可變字典 NSDictionary

// 現代語法（推薦）：字面量語法
NSDictionary *dict = @{
    @"name": @"Guozai",
    @"sex": @"Male",
    @"age": @14
};

// 經典工廠方法
NSDictionary *dict2 = [NSDictionary dictionaryWithObjectsAndKeys:
                       @"Guozai", @"name",
                       @"Male", @"sex",
                       @14, @"age",
                       nil];

// 核心操作
NSString *name = dict[@"name"];          // 下標訪問（現代語法）
NSString *age = [dict objectForKey:@"age"]; // 傳統方法
NSArray *allKeys = [dict allKeys];       // 所有鍵（無序）
NSArray *allValues = [dict allValues];   // 所有值
NSUInteger count = dict.count;           // 鍵值對數量

// 遍歷
for (NSString *key in dict) {            // 快速枚舉遍歷鍵
    NSLog(@"%@: %@", key, dict[key]);
}

2. 可變字典 NSMutableDictionary

NSMutableDictionary *mDict = [NSMutableDictionary dictionaryWithDictionary:dict];
// 或 [NSMutableDictionary dictionary] 創建空字典

// 增/改：同一方法
[mDict setObject:@"100" forKey:@"score"]; // 添加或更新
mDict[@"nickname"] = @"GZ";               // 現代語法

// 刪
[mDict removeObjectForKey:@"sex"];        // 刪除指定鍵
[mDict removeAllObjects];                 // 清空

// 查
NSString *val = mDict[@"age"];            // 同不可變

3. 關鍵特性

• 鍵唯一性：以 isEqual: 判斷，重複鍵後設值覆蓋前值。
• 鍵需遵循 NSCopying：字典內部複製鍵（copy），故鍵類型必須實現 copyWithZone:（系統類型已實現，自定義類需遵循協議）。
• 值不複製：僅保留強引用（ARC 下），值類型無複製要求。
• 無序性：遍歷順序不保證與插入順序一致。

二、 集合：唯一元素的無序容器

1. 不可變集合 NSSet

NSSet *set = @[@"Guozai", @"Zaiguo", @"Guoguo"]; // 現代語法
// 或 [NSSet setWithObjects:@[@"A", @"B", @"C"] count:3];

// 核心操作
NSArray *all = [set allObjects];           // 轉數組遍歷
NSUInteger cnt = set.count;
BOOL has = [set containsObject:@"Guozai"]; // O(1) 平均查找
id any = [set anyObject];                  // 任意元素（通常首個）

2. 可變集合 NSMutableSet

NSMutableSet *mSet = [NSMutableSet setWithSet:set];
[mSet addObject:@"Zaizai"];      // 添加
[mSet removeObject:@"Zaizai"];   // 刪除
[mSet unionSet:otherSet];        // 並集（就地修改）
[mSet intersectSet:otherSet];    // 交集
[mSet minusSet:otherSet];        // 差集

3. 計數集合 NSCountedSet（NSMutableSet 子類）

NSCountedSet *cSet = [NSCountedSet setWithSet:mSet];
[cSet addObject:@"Guozai"];              // 重複添加
NSUInteger cnt = [cSet countForObject:@"Guozai"]; // 返回 2
// 內部維護元素->計數映射，適用於詞頻統計等場景

4. 集合 vs 字典 vs 數組選型

三、 快速枚舉：語法糖背後的協議

// 所有集合類遵循 NSFastEnumeration 協議
// 編譯器將 for-in 轉換為基於 countByEnumeratingWithState:objects:count: 的迭代器調用

// 數組枚舉
NSMutableArray *arr = [@[@"1", @"2", @"3"] mutableCopy];
for (NSString *str in arr) {
    NSLog(@"%@", str);
    // [arr addObject:@"4"]; // 崩潰！枚舉期間修改集合 → 異常
}

// 字典枚舉：遍歷鍵
NSMutableDictionary *mDict = [@{@"name":@"Guozai", @"sex":@"Male"} mutableCopy];
for (NSString *key in mDict) { // 遍歷的是 Key！
    NSLog(@"Key: %@, Value: %@", key, mDict[key]);
}

// 集合枚舉
NSMutableSet *mSet = [@[@"1", @"2"] mutableCopy];
for (NSString *str in mSet) {
    NSLog(@"%@", str);
}

鐵律：快速枚舉期間嚴禁修改集合內容（增/刪/改），否則拋出 NSGenericException。需先收集待操作項，枚舉結束後批量處理。

四、 數組排序：多態比較器模式

1. 排序方法對比

// 返回新數組（不修改原數組）
NSArray *sorted = [array sortedArrayUsingSelector:@selector(compare:)]; // 元素需實現 compare:
NSArray *sorted2 = [array sortedArrayUsingComparator:^NSComparisonResult(id obj1, id obj2) {
    return [obj1 compare:obj2]; // Block 方式，更靈活
}];
NSArray *sorted3 = [array sortedArrayUsingDescriptors:@[[NSSortDescriptor sortDescriptorWithKey:@"price" ascending:YES]]]; // KVC 排序

// 就地排序（修改原數組，需 NSMutableArray）
[mutableArray sortUsingSelector:@selector(compare:)];
[mutableArray sortUsingComparator:^NSComparisonResult(id obj1, id obj2) { ... }];
[mutableArray sortUsingDescriptors:@[...]];

2. 自定義模型比較器實現

// Student.h
@interface Student : NSObject
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@property (nonatomic, assign) CGFloat price;
- (NSComparisonResult)compareByPrice:(Student *)other;
@end

// Student.m
- (NSComparisonResult)compareByPrice:(Student *)other {
    if (self.price < other.price) return NSOrderedAscending;   // -1: self 排前
    if (self.price > other.price) return NSOrderedDescending;  //  1: self 排後
    return NSOrderedSame;                                      //  0: 相等
}

// 使用
NSArray *students = @[stu1, stu2, stu3];
NSArray *sorted = [students sortedArrayUsingSelector:@selector(compareByPrice:)];
// 升序：price 低 → 高

3. NSComparisonResult 取值含義

• NSOrderedAscending (-1)：左操作數 < 右操作數 → 左排前（升序）。
• NSOrderedSame (0)：相等。
• NSOrderedDescending (1)：左操作數 > 右操作數 → 左排後（升序）。

五、 進階：description 重寫實現友好調試輸出

- (NSString *)description {
    return [NSString stringWithFormat:@"Student: name=%@, price=%.2f", _name, _price];
}
// 現在 NSLog(@"%@", student) 將輸出自定義格式，而非默認 

六、 最佳實踐總結

1. 優先使用現代字面量語法（@[], @{}）創建不可變集合，語法簡潔且編譯器優化。
2. 按需選擇可變性：初始化後不再修改用不可變版本（線程安全、語義清晰、編譯器優化）；需頻繁增刪用可變版本。
3. 字典鍵用不可變對象：NSString, NSNumber 等；避免用可變對象作鍵（修改後哈希值變導致查找失效）。
4. 大數據集去重用 NSSet：[NSSet setWithArray:largeArray] 即時去重，再 [set allObjects] 取回數組。
5. 排序首選 Block/描述符：sortedArrayUsingComparator: 支持多鍵排序、自定義邏輯，無需在模型中添加比較方法污染接口。
6. 快速枚舉只讀原則：嚴禁枚舉中修改集合，違者必崩。

總結：OC 集合類設計體現了類簇模式——對外暴露抽象接口（NSArray），內部根據數據特徵動態選擇具體實現（__NSArrayI, __NSArrayM, __NSSingleObjectArrayI 等）。理解不可變/可變雙重體系、快速枚舉協議、多態排序策略，能寫出高性能、可維護、符合 Cocoa 習慣的代碼。