队列<T> 与列表<T>答案

【问题标题】：Queue<T> vs List<T>队列<T> 与列表<T>
【发布时间】：2012-05-09 23:25:37
【问题描述】：

我目前使用List<T> 作为队列（使用lst[0] 然后lst.removeAt(0)）来保存对象。在给定时间最多大约有 20 个项目。我意识到有一个实际的Queue<T> 类。我想知道使用Queue<T> 而不是像队列一样使用List<T> 是否有任何好处（性能、内存等）？

【问题讨论】：

Probably 如果您使用的项目不超过 20 个，则不会。但是您可以使用 StopWatch 类来衡量这一点。
这是否重要取决于您的使用场景。 lst.RemoveAt(0) 将导致列表重新定位所有元素，而队列更智能。理论上队列更好，但要确保你应该衡量你的用例。
您不能按索引访问队列。你必须使用你出列的条目，你不能把它们放回去。 Peek 不是解决方案，但 Count > 0 可能是。

标签： .net performance list queue difference

【解决方案1】：

可以分析性能。尽管在这种项目很少的情况下，您可能需要运行代码数百万次才能真正获得有价值的差异。

我会这样说：Queue<T> 会更明确地暴露你的意图，人们知道队列是如何工作的。

像队列一样使用的列表不是很清楚，特别是如果您有很多不必要的索引和RemoveAt(magicNumber) 代码。从代码维护的角度来看，Dequeue 更具消耗性。

如果这会给您带来可衡量的性能问题，您可以解决它。不要预先解决所有潜在性能问题。

【讨论】：

为什么我们不应该提前解决所有潜在的性能问题？
@JohnIsaiahCarmona：因为使用 O(n^2) 算法而不是 O(n) 10 个元素不是性能问题。
@JohnIsaiahCarmona 因为你在不需要的时候就掉进了微优化的陷阱。我对这一切的看法是，我们应该提防明显的碰撞，但是 A 和 B 之间的几亚毫秒不值得担心，直到它们成为问题。在大多数情况下，可维护、可读的代码比性能更重要。
@JohnIsaiahCarmona 此外，大多数潜在的性能问题从未真正意识到，因此它们只是潜在问题。
我们不要直接解雇@JohnIsaiahCarmona。我们应该始终鼓励开发人员了解这些东西是如何在幕后实现的。更实际地说，我们都知道这些故事是如何投入生产的——有些将一些“临时”的东西放在一起，快进 5 年，它仍在发货，现在其他一些组件正在以性能惩罚相互调节的方式对其进行改造。这可能不是很适合这个问题，但我认识的最好的开发人员会努力了解他们的代码是如何受到冲击/压力的。

【解决方案2】：

简短回答：
Queue<T> 在用作队列时比 List<T> 快。当像列表一样使用时，List<T> 比 Queue<T> 快。

长答案：
Queue<T> 用于出队操作更快，这是一个 O(1) 操作。数组后续项的整个块不会向上移动。这是可能的，因为Queue<T> 不需要帮助从随机位置移除，而只需要从顶部移除。所以它保持了一个头部（在Dequeue 上拉出项目）和尾部位置（在Enqueue 上添加项目）。另一方面，从List<T> 的顶部移除需要自己将每个后续项目的位置向上移动。这是 O(n) - 如果您从顶部移除，这是最坏的情况，这就是出队操作。如果您在循环中出队，则速度优势可能会很明显。

如果您需要索引访问、随机检索等，List<T> 的性能会更高。Queue<T> 必须完全枚举才能找到合适的索引位置（它不会暴露 IList<T>）。

也就是说，Stack<T> 与 List<T> 更接近，推送和弹出操作没有性能差异。它们都推送到数组结构的末尾并从末尾删除（两者都是 O(1)）。

当然，你应该使用正确的结构来揭示意图。在大多数情况下，它们的性能也会更好，因为它们是为此目的量身定制的。我相信如果根本没有性能差异，微软就不会仅仅为了不同的语义而将Queue<T> 和Stack<T> 包含在框架中。如果是这样的话，它会很容易扩展。想想SortedDictionary<K, V> 和SortedList<K, V>，两者的功能完全相同，但仅通过性能特征进行区分；他们在 BCL 找到了一席之地。

【讨论】：

在 Add-heavy 情况下怎么办？
@AlexanderRyanBaggett 应该没什么区别（我的最佳猜测），但您应该真正使用能够更好地揭示意图的结构。他们都向开发者讲述了不同的故事。

【解决方案3】：

除了Queue<T> 类实现队列和List<T> 类实现列表这一事实之外，还有性能差异。

每次从List<T> 中删除第一个元素时，队列中的所有元素都会被复制。队列中只有 20 个元素，它可能并不明显。但是，当您从Queue<T> 中取出下一个元素时，不会发生这样的复制，并且总是会更快。如果队列很长，则差异可能很大。

【讨论】：

【解决方案4】：

我想强调一下 HugoRune 已经指出的内容。 Queue 比 List 快得多，在此用例中，List 的内存访问是 1 与 n。我有一个类似的用例，但我有数百个值，我将使用Queue，因为它要快一个数量级。

关于在List 之上实现Queue 的注释：关键字是“已实现”。它不会在出队时将每个值都复制到新的内存位置，而是使用循环缓冲区。这可以在“List”之上完成，而不会受到直接使用 List 所暗示的副本的惩罚。

【讨论】：

它不能使用循环缓冲区，除非容量是固定大小的。
@Didaxis 根据上面的“原因”，除非容量固定，否则 List 不能使用 Array .. 但实现确实如此，因此 List.Add 是“摊销” O(1) . tldr;链式数组和数组大小调整（即，当由 List 支持时）循环缓冲区实现是可能的..