List<T>クラス

サイズが固定ならば、配列で代替できる可能性があります。

実装しているインターフェイス

[SerializableAttribute]
public class List<T> :
    IList<T>,
    IList,
    ICollection<T>,
    ICollection,
    IEnumerable<T>,
    IEnumerable,
    IReadOnlyList<T>,
    IReadOnlyCollection<T>

コンストラクタ

List<T>(IEnumerable<T>)

public List(IEnumerable<T> collection)

定義時に初期値を与えるには、IEnumerableを実装するArrayなどを引数に渡します。

List<int> list = new List<int>(new[] { 1, 2, 3 });

このコンストラクタではcollectionがICollection<T>を実装するオブジェクトならばICollection<T>.CopyTo()で、さもなくばすべての要素がList<T>.Add(T)で複製されます。List - list.cs

またはコレクション初期化子を用いれば次のようにも記述でき、要素が1つずつList<T>.Add(T)により追加されます。

List<int> list = new List<int> { 1, 2, 3 };

List<T>(Int32)

public List(int capacity)

あらかじめコレクションのサイズを見積もれるならばそれをcapacityで指定することで、要素を追加したときのサイズ変更の処理を削減できます。

List<int> list = new List<int>(3);
int cap = list.Capacity; // 3

list.Add(0); int cap1 = list.Capacity; // 3
list.Add(0); int cap2 = list.Capacity; // 3
list.Add(0); int cap3 = list.Capacity; // 3
list.Add(0); int cap4 = list.Capacity; // 6
list.Add(0); int cap5 = list.Capacity; // 6

このコンストラクタの計算量は、O(1)です。

プロパティ

Count

要素が含まれているか確認するだけならばCountプロパティの値を得る必要はなく、Any()や、その実装と同様に列挙子を進めてみることでも判定できます。ただしList<T>.Countは_sizeフィールドの値を返すだけのため、このようにしてもパフォーマンスの向上は見込めません。Count - list.cs

List<int> list1 = new List<int> { 1, 2, 3 };
bool a1 = list1.Any(); // true
using (IEnumerator<int> e = list1.GetEnumerator())
{
    bool a2 = e.MoveNext(); // true
}

List<int> list2 = new List<int>();
bool b1 = list2.Any(); // false
using (IEnumerator<int> e = list2.GetEnumerator())
{
    bool b2 = e.MoveNext(); // false
}

Item[Int32]

このプロパティへの取得、設定の計算量はO(1)です。

メソッド

Add(T)

要素を末尾に追加できます。要素を末尾にしか追加せず、要素へインデックスを用いてアクセスしないならば、Queue<T>で代替できる可能性があります。

public void Add(
    T item
)

List<string> list = new List<string>();
list.Add("A");
list.Add("B");

Console.Write(list[1]); // "B"

// すべての要素を表示
foreach(string value in list)
{
    Console.Write(value);
}

// これは、ForEach()で次のようにも記述できる
list.ForEach(delegate (int value)
{
    Console.Write(value);
});

HashSet<T>と異なり、重複した値も追加できます。

List<MyClass> list = new List<MyClass>();

MyClass myClass = new MyClass();
list.Add(myClass);
list.Add(myClass); // 重複した要素も許容する
list.Add(null);    // nullも許容する

このメソッドの計算量はO(1)ですが、容量を増加する必要があるときにはCountプロパティをnとして、O(n)です。Add - list.cs

AddRange(IEnumerable<T>)

コレクションの要素を、末尾に追加できます。

public void AddRange (
    System.Collections.Generic.IEnumerable<T> collection
    );

int[] array = new[] { 1, 2, 3 };
List<int> list1 = new List<int>(new[] { 4, 5, 6 });

List<int> list2 = new List<int>();
list2.AddRange(array);
list2.AddRange(list1);

これは次のように実装されており、collectionがInsertRange()で末尾に追加されます。

public void AddRange(IEnumerable<T> collection) {
    Contract.Ensures(Count >= Contract.OldValue(Count));

    InsertRange(_size, collection);
}

Queue<T>のようにコレクションを追加するメソッドが用意されていないクラスでも、ForEach(Action<T>)を用いることで簡潔に記述できます。

Insert(Int32, T)

public void Insert (
    int index,
    T item
    );

内部ではindexから末尾までの要素がArray.Copy()でコピーされ、indexの位置にitemが設定されます。Insert - list.cs

計算量はCountをnとしてO(n)のため、挿入をくり返すならばLinkedList<T>で代替することを検討します。

要素の移動

要素を移動するメソッドは提供されていないため、Insert()とRemove()を組み合わせて実現します。

List<string> list = new List<string>(new[] { "a", "b", "c", "d" });

int oldIndex = 2;
int newIndex = 1;

string item = list[oldIndex];
list.RemoveAt(oldIndex);
list.Insert(newIndex, item); // "a", "c", "b", "d"

InsertRange()

public void InsertRange (
    int index,                                           // 挿入する位置
    System.Collections.Generic.IEnumerable<T> collection // 挿入するコレクション
    );

List<int> list = new List<int>(new[] { 1, 2, 3 });
list.InsertRange(1, new[] { 5, 6 }); // 1, 5, 6, 2, 3

collectionがICollection<T>を実装しているならば、それのCopyTo()やT[]のCopyTo()で、indexの位置へコピーされます。InsertRange - list.cs

Remove(T)

public bool Remove(
    T item
)

削除に成功したときはtrue、失敗するかitemが見つからなかったときはfalseが返されます。

List<int> list = new List<int>(new[] { 1, 2, 3, 4, 5 });
if (list.Remove(3))
{
    // 1, 2, 4, 5
}

内部ではIndexOf()でitemのインデックスを取得し、RemoveAt()を呼んでいます。Remove - list.cs

このメソッドは線形検索 (linear search) で実行され、計算量はCountプロパティをnとして、O(n)です。Remarks - List<T>.Remove(T) Method (System.Collections.Generic) | Microsoft Learn

RemoveAt(Int32)

指定のインデックスにある要素を削除できます。

public void RemoveAt(
    int index
)

indexにCount以上の値を指定すると、ArgumentOutOfRangeExceptionが投げられます。

内部ではindexより後の要素をindexの位置までコピーして、末尾の要素にdefault(T)を代入しています。よってその要素を削除しているわけではなく、Tが参照型ならばその参照を破棄しているだけです。RemoveAt - list.cs

このメソッドの計算量は、(Count - index)をnとして、O(n)です。Remarks - List<T>.RemoveAt(Int32) Method (System.Collections.Generic) | Microsoft Learn

RemoveRange(Int32, Int32)

要素の範囲を削除できます。

public void RemoveRange (
    int index, // 削除を開始するインデックス
    int count  // 削除する要素の数
    );

List<int> list1 = new List<int>(new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 });
list1.RemoveRange(1, 2); // 1, 4, 5

List<int> list2 = new List<int>(new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 });
list2.RemoveRange(1, 5); // ArgumentException「配列のオフセットおよび長さが範囲を超えているか、カウンターがソース コレクションのインデックスから最後までの要素の数より大きい値です。」

Contains(T)

等しいことは既定の等値比較子であるEqualityComparer<T>.Defaultで評価されます。 Remarks - List<T>.Contains(T) Method (System.Collections.Generic) | Microsoft Learn Contains - list.cs

このメソッドは線形検索で実行され、計算量はCountプロパティをnとして、O(n)です。Remarks - List<T>.Contains(T) Method (System.Collections.Generic) | Microsoft Learn

List<T>は要素を線形検索 (linear search) することから低速なため、要素数が巨大になるならばHashSet<T>への置き換えを検討します。

Stopwatch sw = new Stopwatch();

// 追加
sw.Restart();
List<string> list = new List<string>();
for (int i = 0; i < 1000 * 1000; i++)
{
    list.Add(i.ToString());
}
Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds); // 162

// 検索
sw.Restart();
for (int i = 0; i < 1000 * 100; i++)
{
    list.Contains(i.ToString());
}
Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds); // 31129

Stopwatch sw = new Stopwatch();

// 追加
sw.Restart();
HashSet<string> hashSet = new HashSet<string>();
for (int i = 0; i < 1000 * 1000; i++)
{
    hashSet.Add(i.ToString());
}
Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds); // 252

// 検索
sw.Restart();
for (int i = 0; i < 1000 * 100; i++)
{
    hashSet.Contains(i.ToString());
}
Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds); // 14

IndexOf(T)

指定オブジェクトを検索し、最初に見つかった要素のインデックスを取得できます。見つからない場合には-1が返されます。

public int IndexOf(
    T item
)

引数と等しいかどうかは、既定の等値演算子であるEqualityComparer<T>.Defaultで評価されます。

List<int> list = new List<int>(new[] { 1, 2, 3, 4, 5 });
int r1 = list.IndexOf(3);  // 2
int r2 = list.IndexOf(10); // -1

検索の処理にはArray.IndexOf()が利用されます。IndexOf - list.cs

Find(Predicate<T>)

指定の述語 (predicate) で定義された条件に一致する、最初の要素を得られます。

public T Find(
    Predicate<T> match
)

用法はArray.Find()と同様です。

List<int> list = new List<int>(new[] { 1, 2, 3, 4, 5 });
int r1 = list.Find(x => 3 < x);  // 4
int r2 = list.Find(x => 10 < x); // 0

List<List<int>> list = new List<List<int>>();
list.Add(new List<int>(new[] { 1, 2, 3 }));
list.Add(new List<int>(new[] { 4, 5 }));
list.Add(new List<int>(new[] { 6, 7, 8 }));

List<int> r1 = list.Find(x => x.Contains(7));  // {6,7,8}を含む要素
List<int> r2 = list.Find(x => x.Contains(10)); // null

Sort()

public void Sort()

List<int> list1 = new List<int>(new[] { 4, 3, 5, 1, 2 });
list1.Sort();  // 1, 2, 3, 4, 5

List<string> list2 = new List<string>(new[] { "c", "a", "A", "B", "b" });
list2.Sort(); // "a", "A", "b", "B", "c"

独自の規則で並べ替えたいならば、次の形式を用います。

Sort(Comparison<T>)

public void Sort(
    Comparison<T> comparison
)

引数のComparison<T>デリゲートは、次のように定義されています。

public delegate int Comparison<in T>(
    T x,
    T y
)

このデリゲートでは、xとyの比較結果に基づき次の値を返します。

• xはyより小さい … 0より小さい値
• xはyと等しい … 0
• xはyより大きい … 0より大きい値

List<string> list2 = new List<string>(new[] { "c", "a", "A", "B", "b" });
list2.Sort((x, y) => { return String.CompareOrdinal(x, y); }); // "A", "B", "a", "b", "c"

Sort(IComparer<T>)

このメソッドで並べ替える前提で、要素が重複しないならば、SortedSet<T>の使用を検討します。

ToArray()

public T[] ToArray ();

List<T>からT[]を得られますが、内部ではArray.Copy()ですべての要素をコピーしているだけです。よって計算量はO(n)です。

// ToArray returns a new Object array containing the contents of the List.
// This requires copying the List, which is an O(n) operation.
public T[] ToArray() {
    Contract.Ensures(Contract.Result<T[]>() != null);
    Contract.Ensures(Contract.Result<T[]>().Length == Count);

    T[] array = new T[_size];
    Array.Copy(_items, 0, array, 0, _size);
    return array;
}

ToArray()による変換では、その要素はシャローコピー (Shallow copy) されます。

List<int[]> list = new List<int[]>();
list.Add(new[] { 1, 2 });

int[][] array1 = list.ToArray();

array1[0][0] = 10;         // コピー先の配列を変更
Console.Write(list[0][0]); // 10 (コピー元のリストへ影響する)

これはCopyTo()でも同様です。

int[][] array2 = new int[list.Count][];
list.CopyTo(array2);

array2[0][0] = 20;         // コピー先の配列を変更
Console.Write(list[0][0]); // 20 (コピー元のリストへ影響する)

ForEach(Action<T>)

foreachステートメントと同等の処理を、メソッドとして実行できます。

public void ForEach(
    Action<T> action // リストの各要素に対して実行するデリゲート
)

Arrayでは、ForEach()で同様の処理をできます。

List<int> list = new List<int>(new[] { 1, 2, 3 });

list.ForEach(delegate (int value)
{
    Console.Write(value);
});

// ラムダ式によるに記述
list.ForEach(value => Console.Write(value));

// Action<T>型のメソッドに各要素を渡すだけならば、そのメソッドを指定するだけで良い
list.ForEach(Console.Write);

内部では引数のactionに、要素を順に渡しているだけです。ForEach - list.cs

GetEnumerator()

反復子を取得できます。

public List<T>.Enumerator GetEnumerator()

戻り値の型はList<T>.Enumerator構造体です。

List<string> list = new List<string>();
List<string>.Enumerator iterator = list.GetEnumerator();

while( iterator.MoveNext() )
{
    T value = iterator.Current;
    Console.Write( value );
}

これをforeachを用いて書き直すと、

List<string> list = new List<string>();
foreach( string value in list )
{
    Console.Write( value );
}

のようになります。

多次元リスト

2次元リスト

T型をList<T>として、List<List<T>>の形式で記述します。

List<List<int>> list = new List<List<int>>();

list.Add(new List<int>(new[] { 1, 2, 3 }));
list.Add(new List<int>(new[] { 4, 5 }));

Console.Write(list[0][0]); // 1
Console.Write(list[0][1]); // 2
Console.Write(list[1][1]); // 5

3次元リスト

List<List<List<int>>> list = new List<List<List<int>>>();
list.Add(new List<List<int>>());
list[0].Add(new List<int>(new[] { 1, 2, 3 }));
list[0].Add(new List<int>(new[] { 4, 5 }));

list.Add(new List<List<int>>());
list[1].Add(new List<int>(new[] { 6, 7 }));
list[1].Add(new List<int>(new[] { 8, 9 }));

List<T>とT[]の相互変換

List<T>からT[] (配列) への変換は、ToArray()メソッドで行えます。

List<int> list = new List<int>();
list.Add(1);
list.Add(2);
list.Add(3);

int[] array = list.ToArray();

逆にList<T>への変換は、List<T>のコンストラクタにT[]を渡すことで行えます。

int[] array = new[] { 1, 2, 3 };
List<int> list = new List<int>(array);

一方でIList<T>を介して処理するならば、共にこのインターフェイスを実装するため変換することなく渡せます。

int[] array = new[] { 1, 2, 3 };
List<int> list = new List<int> { 1, 2, 3 };

IList<int> iList1 = array;
IList<int> iList2 = list;

2次元リスト

List<List<T>>からT[][]への変換は、Select()を用いて各要素をToArray()で変換します。c# - how to convert List<List<int>> to multidimensional array - Stack Overflow

このとき「CS1061 'List<List<int>>' に 'Select' の定義が含まれておらず、型 'List<List<int>>' の最初の引数を受け付ける拡張メソッド 'Select' が見つかりませんでした。using ディレクティブまたはアセンブリ参照が不足していないことを確認してください。」としてエラーとなるときには、System.Coreが参照されていることを確認しusing System.Linq;を追記します。

public void Method()
{
    List<List<int>> list = new List<List<int>>();

    list.Add(new List<int>(new[] { 1, 2, 3 }));
    list.Add(new List<int>(new[] { 4, 5 }));

    int[][] array1 = list.Select(Selector).ToArray();
    // int[][] array1 = System.Linq.Enumerable.ToArray(System.Linq.Enumerable.Select(list, Selector)); // usingを指定せず、このようにも記述できる
}

public int[] Selector(List<int> a)
{
    return a.ToArray();
}

上記の処理は、以下のように書き換えられます。

// 2. 匿名メソッド
Func<List<int>, int[]> selector2 = delegate (List<int> a)
{
    return a.ToArray();
};
int[][] array2 = list.Select(selector2).ToArray();

// 3. ラムダ式
Func<List<int>, int[]> selector3 = a => a.ToArray();
int[][] array3 = list.Select(selector3).ToArray();

// 4. ラムダ式 (一時変数をインライン化)
int[][] array4 = list.Select(a => a.ToArray()).ToArray();

さらに、Enumerable.ToArray()で次のようにも記述できます。

// 5.
int[][] array5 = list.Select(Enumerable.ToArray).ToArray();

3次元リスト

T[][][]への変換は2次元と同様に、Select()とToArray()で行えます。

List<List<List<int>>> list = new List<List<List<int>>>();
// 要素の追加...

// ラムダ式
Func<List<int>, int[]>         selector1 = b => b.ToArray();
Func<List<List<int>>, int[][]> selector2 = a => a.Select(selector1).ToArray();
int[][][] array1 = list.Select(selector2).ToArray();

// ラムダ式 (一時変数をインライン化)
int[][][] array2 = list.Select(a => a.Select(b => b.ToArray()).ToArray()).ToArray();

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