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

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// 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

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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

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// 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

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// 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

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// 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

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// 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

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。
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）
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
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

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