[聚合文章] 深入探讨List<>中的一个姿势。

距离上一篇博文，差不多两年了。终于憋出来了一篇。[手动滑稽]

List<>是c#中很常见的一种集合形式，近期在阅读c#源码时，发现了一个很有意思的定义：

[DebuggerTypeProxy(typeof(Mscorlib_CollectionDebugView<>))]
    [DebuggerDisplay("Count = {Count}")]
    [Serializable]
    public class List<T> : IList<T>, System.Collections.IList, IReadOnlyList<T>
    {
        private const int _defaultCapacity = 4;
 
        private T[] _items;
        [ContractPublicPropertyName("Count")]
        private int _size;
        private int _version;
        [NonSerialized]
        private Object _syncRoot;
        
        static readonly T[]  _emptyArray = new T[0];        
            
        // Constructs a List. The list is initially empty and has a capacity
        // of zero. Upon adding the first element to the list the capacity is
        // increased to 16, and then increased in multiples of two as required.
        public List() {
            _items = _emptyArray;
        }
    }
    ...
    ...
    ...
    private void EnsureCapacity(int min) {
        if (_items.Length < min) {
            int newCapacity = _items.Length == 0? _defaultCapacity : _items.Length * 2;
            if ((uint)newCapacity > Array.MaxArrayLength) newCapacity = Array.MaxArrayLength;
            if (newCapacity < min) newCapacity = min;
            Capacity = newCapacity;
        }
    }

咦，_defaultCapacity = 4， _items.Length * 2。抱着怀疑的态度，有了以下这一篇文章。

defaultCapacity=4？

带着怀疑的态度，我们新建一个Console程序，Debug一下。

var list = new List<int>();
Console.WriteLine(list.Capacity);

...怎么是0呢？一定是我打开的姿势不对，再看一下源码。发现：

static readonly T[]  _emptyArray = new T[0];
...
...
public List() {
     _items = _emptyArray;
}

哦，这就对了，初始化时候当然是0。那这个_defaultCapacity有何用？继续看源码。

if (_items.Length < min) {
    int newCapacity = _items.Length == 0? _defaultCapacity : _items.Length * 2;

发现这个三元表达式，为什么要这样做呢？翻了一下google，发现了这样一段文字：

List实例化一个List对象时，Framework只是在内存中申请了一块内存存放List对象本身，系统此时并不知道List会有多少个item元素及元素本身大小。当List添加了第一个item时，List会申请能存储4个item元素的存储空间，此时Capacity是4，当我们添加第五个item时，此时的Capacity就会变成8。也就是当List发现元素的总数大于Capacity数量时，会主动申请且重新分配内存，每次申请的内存数量是之前item数量的两倍。然后将之前所有的item元素复制到新内存。

上面的测试，Capacity=0已经证明了上述这段话的

List实例化一个List对象时，Framework只是在内存中申请了一块内存存放List对象本身，系统此时并不知道List会有多少个item元素及元素本身大小。

接下来我们证明

RT，接下来，我们证明

RT，的确是这样。

那是否我们得出一个结论，因为不定长的List在Add的时候，频繁的重新申请、分配内存、复制到新内存，效率是否还可以再提升一下呢？

我们先试一下

for (int i = 0; i < count; i++)
{
    var listA = new List<int>(10);
    listA.Add(i);
}

循环次数	定长长度	运行时间
100	0	144
100	5	23
100	6	49
100	7	45
100	8	73
100	9	21
100	10	22

运行结果：注定长为0表示未设置List长度

循环次数	定长长度	运行时间
10000	0	3741
10000	5	3934
10000	6	4258
10000	7	4013
10000	8	4830
10000	9	4159
10000	10	2370

好吃鲸...为啥9和10差距这么多。。。

我们加大循环次数。结果：

循环次数	定长长度	运行时间
1000000	0	317590
1000000	5	263378
1000000	6	150444
1000000	7	157317
1000000	8	139041
1000000	9	124714
1000000	10	120547

随着循环次数、定长的增加，可以看出， 频繁的重新申请、分配内存、复制到新内存，是很耗费时间和性能的。

在以后的工作中，如果有频繁的List.Add,特别是循环Add，不妨考虑一下给List设置一个定长。