调用ToList()会对性能产生影响吗？

Question

在使用ToList()时，需要考虑性能影响吗？

我正在编写一个查询以从目录中检索文件，查询如下： string[] imageArray = Directory.GetFiles(directory); 然而，由于我喜欢使用List<>，因此我决定尝试使用以下代码： List<string> imageList = Directory.GetFiles(directory).ToList(); 那么，在决定进行此类转换时是否应该考虑某种性能影响 - 还是仅在处理大量文件时才需要考虑？这是一次微不足道的转换吗？

- Cody

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我也很感兴趣知道这里的答案。在我看来，除非应用程序对性能要求极高，否则如果使用List<T>可以使代码更加逻辑清晰、易读和易于维护，我会始终选择它，而不是T[]（当然，如果转换确实导致了明显的性能问题，那么我可能会重新考虑）。 - Sepster

从数组创建列表应该非常便宜。 - leppie

@Sepster 我只会尽可能地指定需要完成工作的数据类型。如果我不必调用 Add 或 Remove，我会将其保留为 IEnumerable<T>（或者更好的是 var）。 - p.s.w.g

在这种情况下，我认为最好调用EnumerateFiles而不是GetFiles，这样只会创建一个数组。 - tukaef

如果您在目录中有很多文件，请参考此答案：https://dev59.com/cmsz5IYBdhLWcg3wfn0x#7865180 - Haris Hasan

目前在.NET中实现的GetFiles(directory)，基本上是执行了new List<string>(EnumerateFiles(directory)).ToArray()。因此，GetFiles(directory).ToList()会创建一个列表，然后从该列表创建一个数组，最后再次创建一个列表。正如2kay所说，这里应该优先考虑执行EnumerateFiles(directory).ToList()。 - Joren

Answer 1

IEnumerable<T>.ToList()

是的，IEnumerable<T>.ToList() 会对性能产生影响，它是一个 O(n) 操作，但通常只需要在性能关键操作中注意。

ToList() 操作将使用 List(IEnumerable<T> collection) 构造函数。这个构造函数必须复制数组（更一般地说，是 IEnumerable<T>），否则原始数组的未来修改将在源 T[] 上改变，这通常是不可取的。

我想再次强调，这只有在大型列表中才会有差异，复制内存块是一个相当快的操作。

小贴士：As vs To

您会注意到，在 LINQ 中有几个以 As（例如 AsEnumerable()）和 To（例如 ToList()）开头的方法。以 To 开头的方法需要像上面那样进行转换（即可能影响性能），而以 As 开头的方法则不需要，只需要一些强制转换或简单操作。

List<T> 的其他细节

以下是有关 List<T> 工作原理的更多详细信息，如果您感兴趣的话 :)

List<T> 也使用了一个称为动态数组的构造，需要根据需要调整大小，此调整大小事件将旧数组的内容复制到新数组中。因此，它从小开始，如果需要，则增加大小。

这是关于 Capacity 和 Count 属性在 List<T> 中的区别。 Capacity 是指后台数组的大小，而 Count 是指 List<T> 中的项数，它始终小于或等于 Capacity。因此，当向列表中添加一项并将其增加到超过 Capacity 时，List<T> 的大小会加倍并复制数组。

- Daniel Imms

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我想强调一下 List(IEnumerable<T> collection) 构造函数会检查参数 collection 是否为 ICollection<T>，如果是，则立即创建所需大小的新内部数组。如果参数 collection 不是 ICollection<T>，则构造函数会迭代它，并对每个元素调用 Add 方法。 - Justinas Simanavicius

需要注意的是，您经常会发现ToList()是一个具有误导性的操作。这种情况通常出现在您通过LINQ查询创建IEnumerable<>时。LINQ查询被构建但尚未执行。调用ToList()将运行查询，因此似乎会消耗大量资源 - 但实际上是查询本身消耗了资源，而不是ToList()操作（除非它是一个真正巨大的列表）。 - dancer42

Answer 2

调用 toList() 会对性能产生影响吗？

当然会。理论上，即使是 i++ 也会对程序产生性能影响，可能会使程序变慢几个时钟周期。

.ToList 做了什么?

当调用 .ToList 时，代码将调用 Enumerable.ToList()，它是一个扩展方法，return new List<TSource>(source)。在相应的构造函数中，在最坏的情况下，它会遍历项目容器并逐个将其添加到新容器中。因此，它对性能影响很小。它不可能成为您应用程序的性能瓶颈。

问题代码有什么问题

Directory.GetFiles 遍历文件夹并立即将所有文件名返回到内存中，这存在潜在风险，即字符串数组可能占用大量内存，导致一切变慢。

那么应该怎么做

这取决于情况。如果您（以及业务逻辑）保证文件夹中的文件数量始终很少，则可以接受此代码。但仍建议使用延迟版本：C#4 中的 Directory.EnumerateFiles。这更像是一个查询，不会立即执行，可以在其上添加更多查询，例如：

Directory.EnumerateFiles(myPath).Any(s => s.Contains("myfile"))

当找到文件名包含 "myfile" 的文件时，它将立即停止搜寻路径。这显然比 .GetFiles 有更好的性能。

- Cheng Chen

Answer 3

调用 toList() 方法会对性能产生影响。使用扩展方法 Enumerable.ToList() 将从 IEnumerable 源集合构造一个新的 List 对象，这当然会对性能产生影响。但是，了解 List 可以帮助您确定性能影响是否显著。

List 使用数组 (T[]) 存储列表的元素。一旦分配了数组，就无法扩展它们，因此 List 将使用超大数组来存储列表的元素。当 List 增长到超过底层数组的大小时，必须分配一个新的数组，并将旧数组的内容复制到新的更大的数组中，然后列表才能增长。

当从 IEnumerable 构造新的 List 时，有两种情况：

1.源集合实现 ICollection：然后使用 ICollection.Count 获取源集合的确切大小，并分配一个匹配的后备数组，然后使用 ICollection.CopyTo() 将源集合的所有元素复制到后备数组中。该操作非常高效，可能会映射到某些 CPU 指令，用于复制内存块。但是，就性能而言，需要为新数组提供内存，并且需要为复制所有元素提供 CPU 循环。

2.否则，源集合的大小未知，枚举器 IEnumerator 用于将每个源元素逐个添加到新的 List 中。最初，后备数组为空，并且创建大小为 4 的数组。然后，当此数组太小时，将其大小加倍，因此后备数组的增长方式如下：4、8、16、32 等等。每次后备数组增长时，都必须重新分配并复制到目前为止存储的所有元素。与第一种情况相比，这个操作要昂贵得多，因为无法立即创建正确大小的数组。

此外，如果源集合包含例如 33 个元素，则列表最终将使用 64 个元素的数组，浪费了一些内存。

在您的情况下，源集合是实现 ICollection 的数组，因此性能影响不是您应该担心的问题，除非您的源数组非常大。调用 ToList() 只会复制源数组并将其包装在一个 List 对象中。即使对于小集合，第二种情况的性能也不值得担心。

- Martin Liversage

Answer 4

这将和以下操作一样（低）效率：

var list = new List<T>(items);

如果您反汇编接受 IEnumerable<T> 参数的构造函数的源代码，您会看到它会执行以下几个步骤：

• 调用 collection.Count，如果 collection 是一个 IEnumerable<T>，它将强制执行。如果 collection 是一个数组、列表等，则应为 O(1)。

• 如果 collection 实现了 ICollection<T>，则使用 ICollection<T>.CopyTo 方法将项目保存在内部数组中。它应该是 O(n)，其中 n 是集合的长度。

• 如果 collection 没有实现 ICollection<T>，则遍历集合的项，并将它们添加到内部列表中。

所以，是的，它会消耗更多的内存，因为它必须创建一个新的列表，在最坏的情况下，它将是 O(n)，因为它将遍历 collection 来复制每个元素。

- Oscar Mederos

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关闭，0(n) 其中 n 是原始集合中字符串占用的总字节数，而不是元素的数量（更准确地说，n = 字节/字大小）。 - user1416420

@user1416420 我可能错了，但是为什么呢？如果它是其他类型的集合（例如 bool、int 等），会怎样呢？你不需要复制集合中的每个字符串，只需将它们添加到新列表中即可。 - Oscar Mederos

仍然无论如何，新的内存分配和字节复制是导致该方法失效的原因。在.NET中，一个布尔值也会占用4个字节。实际上，在.NET中，每个对象的引用至少有8个字节长，因此它非常慢。前4个字节指向类型表，后4个字节指向值或内存位置以查找该值。 - user1416420

Answer 5

ToList()方法会创建一个新的List并将其中的元素放入，这意味着使用ToList()会有相关的成本。对于小集合来说，成本不会很明显，但是如果集合很大，则会影响性能。

通常情况下，除非转换集合为List是必须的，否则不应使用ToList()。例如，如果你只想遍历该集合，则无需执行ToList。

如果你正在针对数据源执行查询操作，例如使用LINQ to SQL连接数据库，那么使用ToList的成本会更高，因为当您使用ToList与LINQ to SQL时，它不会执行Delayed Execution即需要时才加载项目（在许多场景中可能会有好处），而是立即将项目从数据库加载到内存中。

- Haris Hasan

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Haris：我不确定在调用ToList()后原始源会发生什么。 - TalentTuner

@Saurabh GC会清理它 - p.s.w.g

@Saurabh 原始源代码不会受到任何影响。新创建的列表将引用原始源代码的元素。 - Haris Hasan

如果你只想遍历集合，就不需要执行ToList操作 - 那么你应该如何进行迭代呢？ - SharpC

Answer 6

“是否需要考虑性能影响？”

对于您的具体情况，首先最关心的是硬盘速度和缓存效率。从这个角度来看，影响肯定可以忽略不计，所以答案是不需要考虑。

但仅仅当您真正需要使用结构的特性来提高生产力、优化算法或获得其他优势时才这样做。否则，只是无谓地增加了微不足道的性能损耗。自然而然地，您不应该这么做！:)

- jross

Answer 7

考虑到获取文件列表的性能，ToList()是可以忽略不计的。但对于其他场景则未必如此。这取决于你在哪里使用它。

当调用数组、列表或其他集合时，您将创建一个该集合的副本作为 List<T>。这里的性能取决于列表的大小。只有在真正需要时才应这样做。

在您的示例中，您在数组上调用它。它会遍历整个数组并逐个将项目添加到新创建的列表中。因此，性能影响取决于文件数量。

当在 IEnumerable<T> 上调用时，您需要将该 IEnumerable<T>（通常是查询）实例化。

- Mohammad Dehghan

Answer 8

ToList会创建一个新的列表，并将元素从原始源复制到新创建的列表中，因此唯一需要做的就是从原始源复制元素，这取决于源大小。

- TalentTuner

Answer 9

让我们看另一个例子；

如果您正在处理数据库，当您运行ToList()方法并检查此代码的SQL Profiler时；

var IsExist = (from inc in entities.be_Settings                                
 where inc.SettingName == "Number"                                
 select inc).ToList().Count > 0;

自动生成的查询将会像这样：

SELECT [Extent1].[SettingName] AS [SettingName], [Extent1].[SettingValue] AS [SettingValue] FROM [dbo].[be_Settings] AS [Extent1] WHERE N'Number' = [Extent1].[SettingName]

使用ToList方法运行选择查询，并将查询结果存储在内存中，通过查看List的元素数量来检查是否存在记录。例如，如果您的表中有符合相关条件的1000条记录，则首先从数据库中获取这1000条记录并转换为对象，然后将它们放入一个List中，只需检查此List的元素数量即可。因此，这是一种非常低效的选择方式。

- Hgrbz

Answer 10

这并不完全是关于列表性能的问题，但如果您有高维数组，可以使用 HashSet 而不是 List。

- rehdadth

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