为什么是 List(T).Clear O(N)？

Question

根据the MSDN documentation on the List<T>.Clear method：

这个方法是一个 O(n) 操作， 其中 n 是计数。

为什么是 O(n)？我问是因为我假设清除List<T> 可以简单地通过在内部分配一个新的T[] 数组来完成。没有其他类可以引用这个数组，所以我看不出这种方法的危害。

现在，也许这是一个愚蠢的问题...分配T[] 数组本身是O(n) 吗？出于某种原因，我不会这么认为；但也许是（我现在缺乏 C.S. 学位吗？）。如果是这样，我想这可以解释它，因为根据上面引用的相同文档，列表的容量保持不变，这意味着需要构造一个大小相等的数组。

（再说一次，这似乎不是正确的解释，因为文档应该说“n 是 Capacity”——不是 @ 987654327@*).

我只是怀疑这个方法不是分配一个新数组，而是将当前数组的所有元素清零；我很想知道为什么会这样。

_{*Hans Passant 在对LukeH's answer 的评论中指出文档是正确的。 Clear 只清零已在List<T> 中设置的元素；它不需要将所有元素“重新归零”。}

Answer 1

据我所知，当前的实现只是在其内部的T[] 数组上调用Array.Clear，而Array.Clear 是一个O(n) 过程。 （正如 Hans 在 cmets 中指出的那样，MSDN 文档是正确的，在这种情况下 n 是列表的 Count，而不是 Capacity。）

但是，即使它只是在内部分配了一个新的 T[] 数组，这仍然是一个 O(n) 过程，因为分配一个大小为 n 的数组涉及将所有 n 元素初始化为零/空/默认状态。

当然，没有什么可以阻止某种内部诡计，其中数组可以用长度 0 或 42 或其他任何值初始化，然后根据需要再次即时自动扩展，分摊总体 O(n) 成本.

Answer 2

因为List<T>.Clear() 的实现在列表的backign 数组上调用Array.Clear()，并且根据documentation，该方法将该数组的所有元素设置为null。

我猜想清除现有数组而不是创建新数组的原因是 .NET 团队确定清除现有数组而不是分配新数组更有效。分配一个新数组也需要时间/内存，因此它是一种权衡，试图针对常见的使用场景进行优化。

Answer 3

List<T>.Clear() 调用 Array.Clear() 如下所示：

public virtual void Clear()
{
    if (this._size > 0)
    {
        Array.Clear(this._items, 0, this._size);
        this._size = 0;
    }
    this._version++;
}

反过来，Array.Clear() 会调用一个外部函数，该函数会将数组的元素归零，即 O(n)：

[MethodImpl(MethodImplOptions.InternalCall), SecuritySafeCritical, ReliabilityContract(Consistency.WillNotCorruptState, Cer.Success)]
public static extern void Clear(Array array, int index, int length);

Answer 4

我从另一个方面提出了这个问题，这里没有回答。我在想它应该是 O(1)，因为不需要分配，只需更改 Count 标志/指针，因此将每个元素（不再可访问）重置为默认值看起来很浪费，我想知道为什么会这样做。

答案当然是这适用于 ValueTypes/structs，但不适用于类。后者应该被取消引用，即使是从 List 的私有数组中，否则它们将没有资格进行垃圾回收。

注意 n 是 Count，而不是 Capacity，因为 List 始终保持着一个约定，即无论哪些元素不可访问，也没有引用任何值。因此 Count 和 Capacity 之间的元素，要么从未设置过，要么在移除时已重新设置。

但是对于结构来说，这种重置是浪费的，在这种情况下，Clear() 可能是 O(1)。因此，标准库中有空间（现在微软正在提高 C# 的性能）用于 IList，其中 T:struct 具有 List 的所有功能以及 O(1) Clear() 实现。

关于分配新私有数组的 OP 建议：首先，您已经有了该选项，如果这是您想要的，只需新建 List 本身。其次，正如 LukeH 所说，分配是 O(n)，因为它意味着初始化/重置。第三，将遍历已分配列表/数组的 O(n) 与新分配（和取消分配）所需的时间进行比较是非常棘手的。

Answer 5

List<T> 列表包含一些对象。分配一个新的List<T> 并不会摆脱旧列表中的对象，因此它不是clear 操作。

clear 操作对列表进行一次线性遍历，将所有元素一一清除。由于有n 元素，这需要O(n) 时间。

分配T[] 取决于是否指定了大小。如果指定了大小，则必须为每个元素留出内存，或者至少为该元素留出每个指针。因此这需要O(n)。但是，如果我们只是为T[] 初始化一个指针，那将花费O(1) 时间。

附： CS学位并不自动意味着您知道（或记住）这些东西……可悲，但是，真的。没有 CS 学位完全没有坏处。