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C#基础篇(10)集合类之列表

C# 中的列表(List)详解

列表(List)概述

在C#中,List<T>是System.Collections.Generic命名空间中的一个泛型集合类,它提供了动态大小的数组功能,可以存储指定类型的元素。

列表的创建与初始化

// 创建一个空列表
List<int> numbers = new List<int>();
// 创建并初始化列表
List<string> names = new List<string>() { "Alice", "Bob", "Charlie" };
// 使用容量初始化(优化性能)
List<double> values = new List<double>(100); // 初始容量为100

常用功能函数

添加元素

List<int> list = new List<int>();
// 添加单个元素
list.Add(1);
// 添加多个元素
list.AddRange(new int[] { 2, 3, 4 });
// 在指定位置插入元素
list.Insert(1, 5); // 在索引1处插入5

删除元素

// 移除指定元素(第一个匹配项)
list.Remove(3);
// 移除指定位置的元素
list.RemoveAt(0);
// 移除所有满足条件的元素
list.RemoveAll(x => x > 10);
// 清空列表
list.Clear();

查询与访问

// 获取元素数量
int count = list.Count;
// 检查是否包含某元素
bool hasFive = list.Contains(5);
// 查找元素索引
int index = list.IndexOf(4); // 返回-1如果未找到
// 使用索引器访问元素
int first = list[0];
// 查找第一个匹配条件的元素
int firstEven = list.Find(x => x % 2 == 0);
// 查找所有匹配条件的元素
List<int> allEvens = list.FindAll(x => x % 2 == 0);

排序与操作

// 排序
list.Sort();
// 自定义排序
list.Sort((a, b) => b.CompareTo(a)); // 降序排序
// 反转列表
list.Reverse();
// 转换为数组
int[] array = list.ToArray();

遍历列表

// foreach循环
foreach (var item in list)
{Console.WriteLine(item);
}// for循环
for (int i = 0; i < list.Count; i++)
{Console.WriteLine(list[i]);
}

内部存储原理

  1. 动态数组实现​:List内部使用一个数组来存储元素,当元素数量超过当前数组容量时,会自动分配一个更大的数组并复制原有元素。

  2. 容量(Capacity)与数量(Count)​​:

    • Capacity:内部数组的大小
    • Count:实际存储的元素数量
    • 当Count达到Capacity时,Capacity会自动增长(通常是当前容量的2倍)
  3. 内存分配​:

    • 初始容量默认为0或4(取决于构造函数)
    • 扩容操作会导致内存重新分配和元素复制,这是相对昂贵的操作
    • 如果知道大致元素数量,预先设置Capacity可以提高性能
  4. 连续内存​:与数组类似,List的元素在内存中是连续存储的,这提供了良好的缓存局部性。

列表(List)与数组(Array)的区别

特性列表(List)数组(T[])
大小动态大小,自动扩展固定大小,创建后不能改变
内存管理自动管理内存,内部处理扩容需要手动管理
性能插入/删除可能触发扩容,稍慢固定大小,访问速度极快
功能方法提供丰富的方法(Add, Remove, Find等)基本功能,依赖Array类的静态方法
初始化可以动态添加元素创建时必须指定大小或初始化所有元素
内存开销有少量额外开销(管理Capacity等)开销最小
适用场景元素数量变化频繁的场景元素数量固定或性能要求极高的场景

性能考虑

  1. 预分配容量​:如果知道列表的大致大小,预先设置Capacity可以避免多次扩容。

    List<int> list = new List<int>(1000); // 预分配1000个元素的容量
  2. 批量操作​:使用AddRange比多次调用Add更高效。

  3. 频繁插入/删除​:如果在列表中间频繁插入或删除元素,考虑使用LinkedList可能更合适。

  4. 只读场景​:如果集合创建后不再修改,使用数组或ReadOnlyCollection可能更合适。

总结

C#中的List提供了灵活、强大的动态集合功能,它在大多数情况下可以替代数组,并提供更丰富的操作方法。理解其内部实现原理有助于编写更高效的代码,特别是在处理大量数据时。根据具体场景选择合适的数据结构(数组、列表、链表等)是编写高效C#代码的关键。

http://www.lryc.cn/news/583503.html

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