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c# - 为什么 LinkedList 通常比 List 慢？

coder 2023-07-09 原文

我开始在我的一些 C# 算法中使用一些 LinkedList 而不是 Lists，希望能加快它们的速度。但是，我注意到他们只是感觉变慢了。像任何优秀的开发人员一样，我认为我应该做尽职调查并验证我的感受。所以我决定对一些简单的循环进行基准测试。

我认为用一些随机整数填充集合就足够了。我在 Debug模式下运行此代码以避免任何编译器优化。这是我使用的代码:

var rand = new Random(Environment.TickCount);
var ll = new LinkedList<int>();
var list = new List<int>();
int count = 20000000;

BenchmarkTimer.Start("Linked List Insert");
for (int x = 0; x < count; ++x)
  ll.AddFirst(rand.Next(int.MaxValue));
BenchmarkTimer.StopAndOutput();

BenchmarkTimer.Start("List Insert");
for (int x = 0; x < count; ++x)
  list.Add(rand.Next(int.MaxValue));
BenchmarkTimer.StopAndOutput();

int y = 0;
BenchmarkTimer.Start("Linked List Iterate");
foreach (var i in ll)
  ++y; //some atomic operation;
BenchmarkTimer.StopAndOutput();

int z = 0;
BenchmarkTimer.Start("List Iterate");
foreach (var i in list)
  ++z; //some atomic operation;
BenchmarkTimer.StopAndOutput();

这是输出:
Linked List Insert: 8959.808 ms
List Insert: 845.856 ms
Linked List Iterate: 203.632 ms
List Iterate: 125.312 ms

这个结果让我很困惑。链表插入应该是 O(1)，而列表插入是 Θ(1)，如果需要调整大小，则 O(n)(因为复制)。由于枚举器，两个列表迭代都应该是 O(1)。我查看了拆解后的输出，并没有说明情况。

其他人对为什么会这样有任何想法吗？我错过了一些明显的东西吗？

注意:这里是简单的 BenchmarkTimer 类的源代码:http://procbits.com/2010/08/25/benchmarking-c-apps-algorithms/

最佳答案

更新 (回应您的评论):您说得对，单独讨论大 O 表示法并不完全有用。我在最初的回复中包含了 James 回答的链接，因为他已经很好地解释了为什么 List<T> 的技术原因。跑赢大盘LinkedList<T>一般来说。

基本上，这是内存分配和局部性的问题。当您的所有集合元素都在内部存储在一个数组中时(如 List<T> 的情况)，它们都在一个可以非常快速访问的连续内存块中。这适用于添加(因为这只是写入已分配数组中的一个位置)以及迭代(因为它访问许多非常靠近的内存位置，而不是必须遵循指向完全断开的内存位置的指针)。

A LinkedList<T>是专业收藏，只胜过List<T>在您从列表中间执行随机插入或删除的情况下——即使如此，也只是可能。

至于缩放的问题:你是对的，如果大 O 表示法是关于操作的缩放程度，那么在输入足够大的情况下，O(1) 操作最终应该胜过 O(>1) 操作——这显然是您要进行 2000 万次迭代的目的。

这就是为什么我提到List<T>.Add有一个 amortized complexity O(1) .这意味着添加到列表也是一种与输入大小线性缩放的操作，与链接列表相同(有效)。忘记有时列表必须调整自身大小的事实(这就是“摊销”的用武之地；如果您还没有，我鼓励您访问维基百科的那篇文章)。他们缩放 同 .

现在，有趣的是，也许与直觉相反，这意味着如果有的话，List<T> 之间的性能差异。和 LinkedList<T> (同样，在添加时)实际上变成了 更明显随着元素数量的增加。原因是当列表的内部数组空间不足时，它会将数组的大小加倍；因此，随着元素越来越多，调整大小操作的频率会降低——以至于数组基本上从不调整大小。

所以让我们说一个 List<T>从一个足够容纳 4 个元素的内部数组开始(我相信这是准确的，虽然我不太记得了)。然后当您添加多达 2000 万个元素时，它总共调整自身大小 ~(log2(20000000) - 1) 或 23次 .将此与 进行比较2000万次您执行的效率要低得多 AddLast在 LinkedList<T> , 分配一个新的 LinkedListNode<T>每次调用时，这 23 次调整大小突然变得微不足道。

我希望这有帮助!如果我在任何问题上没有说清楚，请告诉我，我会尽力澄清和/或更正自己。

James是正确的。

请记住，大 O 表示法旨在让您了解算法的性能如何扩展。这并不意味着在保证 O(1) 时间内执行的某些内容会胜过在摊销 O(1) 时间内执行的其他内容(如 List<T> 的情况)。

假设您有两项工作可供选择，其中一项需要在偶尔会遇到交通拥堵的道路上通勤 5 英里。通常，此驱动器大约需要 10 分钟，但在糟糕的一天可能更像是 30 分钟。另一份工作在 60 英里外，但高速公路始终畅通无阻，从不堵车。这个驱动器总是需要你一个小时。

这基本上就是 List<T> 的情况。和 LinkedList<T>用于添加到列表末尾。

关于c# - 为什么 LinkedList 通常比 List 慢？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/5983059/

常比c#codestrongList.netperformancelinked-list

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