C# 集合類實作全攻略：從 CollectionBase 繼承到 ArrayList 封裝，掌握 .NET Collections 核心技術

前言

在物件導向專案中，常需將業務實體 (如 Customer) 組織為集合 (Customers)，並支援索引存取、列舉、強型別約束等功能。.NET System.Collections 命名空間提供多種基礎類別，本文對比兩種主流實作路徑：繼承 CollectionBase 與 封裝 ArrayList，並深入探討索引器、Item 屬性、屬性封裝、延遲初始化等關鍵技術。

一、領域模型基礎類別

public class Customer
{
    public string Name { get; set; }
    // public Contacts Contacts { get; set; } // 集合關聯稍後說明

    public Customer() { Console.WriteLine("Initialize instance without parameter"); }
    public Customer(string name) { Name = name; Console.WriteLine("Initialize instance with parameter"); }
}

二、方案 A：繼承 CollectionBase

2.1 核心實作

public class Customers : CollectionBase
{
    public void Add(Customer c) => List.Add(c);
    public void Remove(int index)
    {
        if (index < 0 || index >= Count) Console.WriteLine("Index not valid!");
        else List.RemoveAt(index);
    }

    // 索引器
    public Customer this[int index]
    {
        get => (Customer)List[index];
        // 刻意不提供 set，形成唯讀索引器
    }

    // Item 方法 (供 VB 風格呼叫)
    public Customer Item(int index) => (Customer)List[index];

    // Item 屬性 (回傳 this 以支援 customers.Item[i] 語法)
    [IndexerName("Item")] // 指定編譯後索引器名稱避免衝突
    public Customers Item => this;
}

2.2 關鍵技術點

• CollectionBase 內建 List：已實作 Count、Clear、RemoveAt 等 IList 介面，僅需補充強型別 Add/Remove。
• 索引器編譯為 Item 屬性：C# 編譯器預設將索引器編譯為 Item 屬性，若同時定義 Item 方法/屬性會衝突。解決：在索引器前加 [IndexerName("item")] 指定別名。
• Item 兩種實作：
  • 方法 Item(int)：效能佳，語法 custs.Item(i)。
  • 屬性 Item { get { return this; } }：支援 custs.Item[i]，但多一次索引器呼叫，效能略低。

三、方案 B：封裝 ArrayList

3.1 為何不繼承 ArrayList？

• 繼承會暴露 Add(object)，無法阻止加入非 Contact 物件，型別安全全失。
• 取得元素仍需強制轉型，介面不乾淨。

3.2 封裝實作

public class Contacts
{
    private ArrayList _list = new ArrayList();

    public void Add(Contact c) => _list.Add(c);
    public void Remove(int index) { /* 檢查索引 */ _list.RemoveAt(index); }
    public int Count => _list.Count;

    // 完整索引器 (含 set，允許整個元素替換)
    public Contact this[int index]
    {
        get => (Contact)_list[index];
        set => _list[index] = value;
    }
}

public class Contact
{
    private string _summary;
    public string Summary
    {
        get { Console.WriteLine("getter Access"); return _summary; }
        set { Console.WriteLine("setter Access"); _summary = value; }
    }
}

3.3 索引器 set 的真正意義

contacts[0] = new Contact();        // 呼叫 set，替換整個元素
contacts[0].Summary = "New value";  // 呼叫 get 取得物件，再設其屬性，不觸發索引器 set

只有「替換集合元素本身」才會觸發 set；修改元素內部屬性則不會。依業務決定是否提供 set。

四、屬性：比欄位更強大的封裝

IL 層面屬性編譯為 get_Prop/set_Prop 兩方法，語法糖極大提升可讀性。

五、集合類內聯最佳實踐

不佳：public Contacts Contacts = new Contacts(); (公開欄位，無控制)

推薦：

private Contacts _contacts;
public Contacts Contacts
{
    get { if (_contacts == null) _contacts = new Contacts(); return _contacts; }
    set => _contacts = value;
}

實現 customers[i].Contacts[x].Summary 連續存取，並支援延遲初始化。

六、實例化時機：Lazy Initialization 平衡點

• 值型別 (struct) 宣告即配置，無延遲問題。
• 參考型別 (class) 應在「首次使用前」初始化：過早佔用資源，過晚影響回應速度。
• 屬性 get 中判斷 null 建立，是常見平衡策略。

七、測試驗證

var custs = new Customers();
custs.Add(new Customer("Peter"));
custs.Add(new Customer("Linnet"));
Console.WriteLine(custs[0].Name);      // 索引器
Console.WriteLine(custs.Item(1).Name); // 方法
Console.WriteLine(custs.Item[1].Name); // Item 屬性+索引器
custs.Remove(0);
Console.WriteLine(custs[0].Name);      // Linnet
custs.Clear();

結語

繼承 CollectionBase 適合快速建立強型別唯讀集合；封裝 ArrayList 適合需完整控制增刪改查、型別安全與元素替換語意的場景。善用索引器、屬性、IndexerName 屬性與延遲初始化，能打造既符合 .NET 慣例、又具備領域表達力的集合類別。