C# - List<T> 的初始容量有何用途？

Question

我将尝试完成以下操作：

int count = 50;
List<float> myList = new List<float>(50);
output[0] = 0.0f;

但是我遇到了错误：

ArgumentOutOfRangeException: Argument is out of range.
Parameter name: index

显然我误解了List（或者可能是任何其他集合？）的初始容量。请问有人能够解释一下初始容量的作用吗？

- Vesuvian

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阅读有关 List<T>.Capacity 的内容。 - Habib

@rageit 默认的 size 是0。默认容量大概是16左右，我记得是这样的（根据我的记忆）。 - Timothy Shields

什么是“输出(output)”？你已经定义了一个大小为50的“myList”。 - John Koerner

@TimothyShields 感谢您的纠正。大多数框架的默认容量似乎为0 - https://dev59.com/u3I-5IYBdhLWcg3wn5y5 - rageit

@rageit 抛出了ArgumentOutOfRangeException异常，因为没有添加任何内容，尝试从索引0访问某些内容。容量与此无关。 - Trevor Tubbs

你还应该阅读这篇文章，它对预分配字典对象和不预分配的性能差异进行了基准测试。链接 - user3810900

Answer 1

一个列表在底层有一个数组。这减少了内存重新分配的次数，当你添加50个元素时。这需要时间和内存，并给垃圾回收器一些工作要做。

这就是为什么 List(T).Capacity 是一个重要的东西。

这里有一些基准测试，测试100个.Add: （链接）

 Method A: Dictionary, no capacity
 Time:     1350 ms

Method B: Dictionary, has capacity
Time:     700 ms

Method C: Dictionary, const capacity
Time:     760 ms

Method D: Dictionary, over-large capacity
Time:     1005 ms

Method E: List, no capacity
Time:     1010 ms

Method F: List, accurate capacity
Time:     575 ms

因此，当您添加100个元素时，预分配似乎可以将所需时间减少一半。虽然我不喜欢过早优化，但如果您知道列表的大小，向CLR提供提示确实值得一试。

- Nathan Cooper

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+1 有基准测试的好例子 - rageit

感谢简洁明了的解释！ - Vesuvian

Answer 2

首先，为什么会出现异常：

通过定义初始容量，您只是指定了列表在需要调整大小之前可以存储的元素数量。

这并不意味着您在列表中有可访问的索引。您的列表仍然为空，因此当您执行以下操作时：

myList[0] = 0.0f;

您遇到了异常，但如果按照以下步骤操作：

List<float> myList = new List<float>(50);
myList.Add(0);
myList[0] = 2.0f;

现在，您不会因为索引0处存在一个元素而收到异常。

现在回答您问题的第二部分，“Capacity”实际上是什么意思：

请参见：List<T>.Capacity属性：

容量是List在需要调整大小之前可以存储的元素数量，而计数是实际上在List中的元素数量。

容量始终大于或等于计数。如果在添加元素时计数超过了容量，则通过自动重新分配内部数组来增加容量，然后复制旧元素并添加新元素。

- Habib

Answer 3

列表是动态的。它可以在运行时动态添加和删除项目。
列表实现使用底层数组来存储列表项。
底层数组的长度被称为列表的容量。
列表中的每个项目都存储在底层数组中。
当尝试向列表添加新项目且底层数组中没有更多的空间时，将创建一个新的、更大的数组。
旧数组中的所有项目将移动到新数组中，新数组还包含更多的空间用于新项目。
然后，新数组将被设置为列表的底层数组（旧数组将被处理）。

分配新数组，然后将项目从旧数组移动到新数组的操作是昂贵的（性能方面）。

因此，如果您从一开始就知道要向列表中添加多少项。则可以使用具有所需初始容量的基础数组创建列表。
这样，在运行时，列表分配新的基础数组的可能性更小。
您可以通过调用List(T) 构造函数(int32)来设置基础数组的初始长度
您可以通过调用List(T).Capacity 属性来获取当前数组的长度。

- m1o2

Answer 4

列表仍然为空，即没有元素，但内部已为50个项目保留了内存。这是一种优化，因为当您向列表添加项目时，它必须分配两倍于原有大小的新数组，然后将项目从旧数组复制到新数组中。

请注意，在此过渡期间，例如从256个项目添加一个项目，它在复制到新数组时总共分配了（256 + 512）768个项目的内存。本质上是前一容量的三倍。根据数组的大小，这可能导致内存不足异常。因此，如果您事先知道只会向列表添加257个项目，则可以事先使用257的容量。这将避免此三倍的内存使用，因为数组不必增长到足够大，因为它已经足够大了。请注意，当分配非常大的数组时，内存堆未压缩，因此碎片可能导致难以找到整个数组的连续块的情况，从而增加了内存不足异常发生的机会。当然，如果可能的话，您可能希望避免使用如此大的列表。

总之，如果您事先知道要添加多少项，或者可以估计（可能会留出一些余地），请使用容量。

- AaronLS

Answer 5

它用于预分配列表所使用的内部数组。（此内部数组的大小由List.Capacity确定。）

然而，仅仅因为该内部数组的大小是固定的，并不意味着列表的元素就可用；在你（例如）使用List.Add()添加适当的元素之前，它们并不可用。列表当前可寻址的大小由List.Count指定。

当你向列表中添加新元素时，它首先检查内部数组是否有足够的空间，如果有，则增加一个内部计数器，并使用内部数组的一个位置。

如果没有足够的空间，它会分配一个新的缓冲区，大小是旧缓冲区的两倍，将所有元素从旧缓冲区复制到新缓冲区，然后丢弃旧缓冲区。然后它可以使用新缓冲区的一个位置。这显然是一个非常昂贵的操作。

通过设置初始大小，您可以避免一些（或全部）缓冲区重新分配。

一个常见的用法是当您知道列表的最大可能大小，但不知道最小大小，并且希望在进行尽可能少的重新分配的同时填充列表。

- Matthew Watson