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List 接口

news 2025/7/31 19:04:13

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一、List 接口的核心特性

1. 允许重复元素

2. 有序性与索引访问

3. 扩展的迭代器：ListIterator

4. 位置相关的操作

二、ListIterator 

三、不可修改列表：List.of 与 List.copyOf

1. List.of 的使用

2. List.copyOf 的使用

四、List 接口常用方法

1. 元素访问方法

2. 添加元素方法

3. 删除元素方法

4. 修改元素方法

5. 搜索与比较方法

6. 视图与迭代方法

五、注意事项

1、选择合适的实现类

2、避免在循环中使用索引访问 LinkedList

3、谨慎使用线性搜索方法

4、不可修改列表的使用场景

5、避免列表包含自身作为元素

在 Java 集合框架中，List 接口是最常用的接口之一，它继承自 Collection 接口，为元素的有序存储和访问提供了丰富的功能。与 Set 等接口不同，List 允许重复元素，支持基于索引的访问。

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点击此处，List文档链接

一、List 接口的核心特性

List 接口作为 Collection 的子接口，在保留 Collection 基本功能的基础上，增加了许多针对 "有序集合" 的特性，主要包括：

1. 允许重复元素

与 Set 接口不同，List 允许存在多个相等的元素（即e1.equals(e2)为true的元素）。例如，一个List<String>可以同时包含多个 "hello" 字符串；如果实现类允许 null 元素，List 还支持多个 null 值共存。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class ListDemo {public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<>();list.add("hello");list.add("hello"); // 允许重复元素list.add(null);list.add(null); // 允许多个nullSystem.out.println(list); // 输出：[hello, hello, null, null]}
}

2. 有序性与索引访问

List 中的元素具有明确的顺序（即插入顺序），且支持基于索引（从零开始）的访问，类似数组。这意味着我们可以通过索引直接获取、修改、插入或删除元素。

3. 扩展的迭代器：ListIterator

List 提供了专门的迭代器ListIterator，相比普通的Iterator，它支持双向遍历（向前 / 向后移动）、元素插入、元素替换等功能，更适合 List 的特性。

4. 位置相关的操作

List 新增了大量与位置相关的方法，例如 get(int index)（获取指定索引元素）、add(int index, E element)（指定位置插入）、remove(int index)（删除指定索引元素）等，这些方法是 List 区别于其他 Collection 子接口的核心。

二、ListIterator 

ListIterator 是 List  接口提供的特殊迭代器，它继承自 Iterator ，并扩展了更多功能。其核心方法包括：

  • hasNext()：是否有下一个元素（正向遍历）
  • next()：获取下一个元素
  • hasPrevious()：是否有上一个元素（反向遍历）
  • previous()：获取上一个元素
  • add(E e)：在当前位置插入元素
  • set(E e)：替换当前迭代的元素
  • remove()：删除当前迭代的元素

 代码示例：使用 ListIterator 进行双向遍历与修改

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.ListIterator;public class ListIteratorDemo {public static void main(String[] args) {List<String> fruits = new ArrayList<>();fruits.add("apple");fruits.add("banana");fruits.add("cherry");// 获取ListIteratorListIterator<String> iterator = fruits.listIterator();// 正向遍历并修改元素System.out.println("正向遍历：");while (iterator.hasNext()) {String fruit = iterator.next();System.out.print(fruit + " ");if (fruit.equals("banana")) {iterator.set("grape"); // 将banana替换为grape}}// 输出：正向遍历：apple banana cherry // 反向遍历并插入元素System.out.println("\n反向遍历：");while (iterator.hasPrevious()) {String fruit = iterator.previous();System.out.print(fruit + " ");if (fruit.equals("apple")) {iterator.add("orange"); // 在apple前插入orange}}// 输出：反向遍历：grape apple System.out.println("\n最终列表：" + fruits); // 输出：最终列表：[orange, apple, grape, cherry]}
}

从示例可见，ListIterator 不仅能双向遍历，还能在遍历过程中修改列表，这比普通Iterator更灵活，

但也需要注意：

遍历过程中若通过 List 的方法（如 add/remove）修改列表，会导致迭代器抛出ConcurrentModificationException，因此建议通过迭代器自身的方法修改元素。

三、不可修改列表：List.of 与 List.copyOf

Java 9 引入了List.of和List.copyOf两个静态工厂方法，用于创建不可修改的列表。这类列表具有以下特性：

  • 不可修改：调用add、remove、set等修改方法会抛出UnsupportedOperationException；
  • 不允许 null 元素：创建时包含 null 会抛出NullPointerException；
  • 值传递：若元素本身可变，列表内容可能间接变化（但列表结构不变）；
  • 支持序列化：当所有元素可序列化时，列表可序列化。

1. List.of 的使用

List.of 提供了多个重载方法，支持创建包含 0 到 10 个元素的列表，以及通过可变参数创建任意长度的列表：

import java.util.List;public class ListOfDemo {public static void main(String[] args) {// 创建空列表List<String> emptyList = List.of();// 创建包含1个元素的列表List<Integer> singleList = List.of(100);// 创建包含3个元素的列表List<Double> tripleList = List.of(1.1, 2.2, 3.3);// 通过可变参数创建列表List<String> varArgsList = List.of("a", "b", "c", "d");// 尝试修改会抛出异常try {varArgsList.add("e");} catch (UnsupportedOperationException e) {System.out.println("不可修改列表：" + e.getMessage());}// 尝试添加null会抛出异常try {List.of(null);} catch (NullPointerException e) {System.out.println("不允许null元素：" + e.getMessage());}}
}

2. List.copyOf 的使用

List.copyOf 用于基于已有集合创建不可修改列表，其元素顺序与原集合一致：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class ListCopyOfDemo {public static void main(String[] args) {List<String> original = new ArrayList<>();original.add("java");original.add("python");// 基于original创建不可修改列表List<String> copy = List.copyOf(original);// 原列表修改不影响copy（copy是快照）original.add("c++");System.out.println("原列表：" + original); // [java, python, c++]System.out.println("copy列表：" + copy); // [java, python]// 尝试修改copy抛出异常try {copy.remove(0);} catch (UnsupportedOperationException e) {System.out.println("copy列表不可修改：" + e.getMessage());}}
}

注意：List.copyOf 会对原集合进行 "快照"，原集合后续的修改不会影响复制后的列表；        若原集合包含 null 元素，List.copyOf会抛出NullPointerException。

四、List 接口常用方法

List 接口提供了丰富的方法，可分为元素访问、添加元素、删除元素、修改元素、搜索与比较、批量操作等类别。以下是常用方法的详细说明及代码示例（以ArrayList为例，它实现了 List 的所有可选操作）。

1. 元素访问方法

方法描述
E get(int index)返回指定索引的元素
int size()返回列表元素个数
boolean isEmpty()判断列表是否为空
Object[] toArray()将列表转为数组（返回 Object []）
<T> T[] toArray(T[] a)将列表转为指定类型的数组
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class ElementAccessDemo {public static void main(String[] args) {List<String> colors = new ArrayList<>();colors.add("red");colors.add("green");colors.add("blue");// 获取指定索引元素System.out.println("索引1的元素：" + colors.get(1)); // green// 获取元素个数System.out.println("元素个数：" + colors.size()); // 3// 判断是否为空System.out.println("是否为空：" + colors.isEmpty()); // false// 转为Object数组Object[] objArray = colors.toArray();System.out.println("Object数组：" + objArray[0]); // red// 转为指定类型数组String[] strArray = colors.toArray(new String[0]);System.out.println("String数组：" + strArray[2]); // blue}
}

2. 添加元素方法

方法描述
boolean add(E e)在列表末尾添加元素（返回是否成功）
void add(int index, E element)在指定索引插入元素（后续元素后移）
boolean addAll(Collection<? extends E> c)将集合 c 的所有元素添加到列表末尾
boolean addAll(int index, Collection<? extends E> c)将集合 c 的所有元素插入到指定索引
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;public class AddElementDemo {public static void main(String[] args) {List<Integer> numbers = new ArrayList<>();// 末尾添加元素numbers.add(10);numbers.add(20);System.out.println("添加后：" + numbers); // [10, 20]// 指定位置插入元素numbers.add(1, 15); // 在索引1插入15System.out.println("插入后：" + numbers); // [10, 15, 20]// 添加另一个集合的所有元素（末尾）List<Integer> moreNumbers = Arrays.asList(30, 40);numbers.addAll(moreNumbers);System.out.println("批量添加后：" + numbers); // [10, 15, 20, 30, 40]// 插入另一个集合的所有元素（指定位置）List<Integer> prefix = Arrays.asList(5, 6);numbers.addAll(0, prefix); // 在索引0插入5,6System.out.println("指定位置批量插入后：" + numbers); // [5, 6, 10, 15, 20, 30, 40]}
}

注意：

add(int index, E)和addAll(int index, ...)会导致索引index及之后的元素后移，对于LinkedList（链表实现），这种操作效率较高；但对于ArrayList（数组实现），可能需要复制数组，索引越大效率越低。

3. 删除元素方法

方法描述
E remove(int index)删除指定索引的元素，返回被删除的元素
boolean remove(Object o)删除第一个与 o 相等的元素（返回是否删除成功）
boolean removeAll(Collection<?> c)删除列表中所有在集合 c 中的元素（差集）
boolean retainAll(Collection<?> c)保留列表中所有在集合 c 中的元素（交集）
void clear()清空列表所有元素
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;public class RemoveElementDemo {public static void main(String[] args) {List<String> languages = new ArrayList<>(Arrays.asList("java", "python", "c", "java", "go"));// 删除指定索引元素String removed = languages.remove(2); // 删除索引2的"c"System.out.println("删除的元素：" + removed + "，剩余：" + languages); // [java, python, java, go]// 删除第一个匹配的元素boolean isRemoved = languages.remove("java"); // 删除第一个"java"System.out.println("是否删除成功：" + isRemoved + "，剩余：" + languages); // [python, java, go]// 删除与集合c交集的元素（removeAll）List<String> toRemove = Arrays.asList("python", "c++");languages.removeAll(toRemove);System.out.println("removeAll后：" + languages); // [java, go]// 保留与集合c交集的元素（retainAll）List<String> toRetain = Arrays.asList("java", "python");languages.retainAll(toRetain);System.out.println("retainAll后：" + languages); // [java]// 清空列表languages.clear();System.out.println("清空后：" + languages); // []}
}

4. 修改元素方法

方法描述
E set(int index, E element)替换指定索引的元素，返回被替换的元素
default void replaceAll(UnaryOperator<E> operator)用函数运算结果替换所有元素
default void sort(Comparator<? super E> c)根据比较器对列表排序
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;
import java.util.List;
import java.util.function.UnaryOperator;public class ModifyElementDemo {public static void main(String[] args) {List<Integer> nums = new ArrayList<>(Arrays.asList(3, 1, 4, 1, 5));// 替换指定索引元素Integer old = nums.set(2, 10); // 替换索引2的4为10System.out.println("被替换的元素：" + old + "，替换后：" + nums); // [3, 1, 10, 1, 5]// 批量替换（每个元素乘2）UnaryOperator<Integer> doubleOp = n -> n * 2;nums.replaceAll(doubleOp);System.out.println("批量替换后：" + nums); // [6, 2, 20, 2, 10]// 排序（默认升序）nums.sort(Comparator.naturalOrder());System.out.println("升序排序后：" + nums); // [2, 2, 6, 10, 20]// 排序（降序）nums.sort(Comparator.reverseOrder());System.out.println("降序排序后：" + nums); // [20, 10, 6, 2, 2]}
}

5. 搜索与比较方法

方法描述
int indexOf(Object o)返回元素 o 第一次出现的索引（不存在返回 - 1）
int lastIndexOf(Object o)返回元素 o 最后一次出现的索引（不存在返回 - 1）
boolean contains(Object o)判断列表是否包含元素 o
boolean containsAll(Collection<?> c)判断列表是否包含集合 c 的所有元素
boolean equals(Object o)判断与另一个对象是否相等（列表需元素顺序和值均相同）
int hashCode()返回列表的哈希码（基于元素顺序和值）
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;public class SearchCompareDemo {public static void main(String[] args) {List<String> fruits = new ArrayList<>(Arrays.asList("apple", "banana", "apple", "orange"));// 查找第一次出现的索引System.out.println("apple第一次出现的索引：" + fruits.indexOf("apple")); // 0// 查找最后一次出现的索引System.out.println("apple最后一次出现的索引：" + fruits.lastIndexOf("apple")); // 2// 判断是否包含元素System.out.println("是否包含banana：" + fruits.contains("banana")); // trueSystem.out.println("是否包含grape：" + fruits.contains("grape")); // false// 判断是否包含集合所有元素List<String> subset = Arrays.asList("apple", "banana");System.out.println("是否包含subset所有元素：" + fruits.containsAll(subset)); // true// 比较两个列表是否相等（顺序和元素均需相同）List<String> another = new ArrayList<>(Arrays.asList("apple", "banana", "apple", "orange"));System.out.println("两个列表是否相等：" + fruits.equals(another)); // true// 哈希码（相同元素和顺序的列表哈希码相同）System.out.println("fruits的哈希码：" + fruits.hashCode());System.out.println("another的哈希码：" + another.hashCode()); // 与fruits相同}
}

注意：

indexOf 和 lastIndexOf 通过equals方法判断元素相等，因此若元素重写了equals，需确保逻辑正确；此外，这两个方法是线性搜索（时间复杂度 O (n)），对于大型列表，频繁调用可能影响性能。

6. 视图与迭代方法

方法描述
List<E> subList(int fromIndex, int toIndex)返回从 fromIndex（含）到 toIndex（不含）的子列表视图
Iterator<E> iterator()返回普通迭代器（正向遍历）
ListIterator<E> listIterator()返回 ListIterator（双向遍历）
ListIterator<E> listIterator(int index)从指定索引开始的 ListIterator
default Spliterator<E> spliterator()返回可分割的迭代器（用于并行处理）
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
import java.util.ListIterator;public class ViewIteratorDemo {public static void main(String[] args) {List<Integer> numbers = new ArrayList<>(Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5, 6));// 获取子列表（视图，修改会影响原列表）List<Integer> subList = numbers.subList(1, 4); // 索引1到3（元素2,3,4）System.out.println("子列表：" + subList); // [2, 3, 4]// 修改子列表，原列表也会变化subList.set(0, 20);System.out.println("修改子列表后，原列表：" + numbers); // [1, 20, 3, 4, 5, 6]// 普通迭代器（正向遍历）System.out.print("普通迭代器遍历：");for (Integer num : numbers) { // 底层使用iterator()System.out.print(num + " ");}// 输出：1 20 3 4 5 6 // 从指定索引开始的ListIteratorSystem.out.print("\n从索引3开始的ListIterator：");ListIterator<Integer> lit = numbers.listIterator(3);while (lit.hasNext()) {System.out.print(lit.next() + " ");}// 输出：4 5 6 }
}

注意：

subList 返回的是原列表的视图，而非新列表。对子列表的修改（如添加、删除、替换）会直接影响原列表，且原列表的结构修改（如添加 / 删除元素）会导致子列表抛出ConcurrentModificationException。

五、注意事项

1、选择合适的实现类

List 的常用实现类有 ArrayList（数组实现）和 LinkedList（链表实现）：

  • ArrayList：随机访问快（get/set效率高），但插入 / 删除中间元素效率低（需移动元素）；
  • LinkedList：插入 / 删除中间元素快，但随机访问效率低（需遍历链表）。
  • 若频繁访问元素，优先选ArrayList；若频繁插入 / 删除中间元素，可考虑LinkedList。

2、避免在循环中使用索引访问 LinkedList

对于 LinkedList，get(index) 方法需要从表头 / 表尾遍历到指定索引，时间复杂度为 O (n)。若在循环中多次调用 get(index)，总时间复杂度会变为 O (n²)，严重影响性能。建议使用迭代器或增强 for 循环遍历：

// 不推荐：LinkedList循环中使用get(index)
List<String> linkedList = new LinkedList<>();
for (int i = 0; i < linkedList.size(); i++) {System.out.println(linkedList.get(i)); // 效率低
}// 推荐：使用增强for循环（底层是迭代器）
for (String s : linkedList) {System.out.println(s); // 效率高
}

3、谨慎使用线性搜索方法

indexOf、lastIndexOf、contains 等方法均为线性搜索（O (n)），对于大型列表（如 10 万级元素），频繁调用会导致性能问题。若需频繁搜索，可考虑先将 List 转为 HashSet（搜索效率 O (1)），但需注意元素顺序和重复问题。

4、不可修改列表的使用场景

List.of 和 List.copyOf 创建的不可修改列表适合用于：

  • 存储常量数据（如配置项、枚举值）；
  • 作为方法返回值，防止外部修改内部列表；
  • 多线程环境下，避免并发修改问题（无需额外同步）。

5、避免列表包含自身作为元素

虽然 List 允许包含自身作为元素，但会导致 equals 和 hashCode 方法无法正确计算（递归无限循环），应尽量避免这种用法。

http://www.xdnf.cn/news/1216171.html

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