笔者经常在面试中与候选人探讨 Python 内置容器对象， list 作为最常用容器中的一员，肯定少不了它：

• 你用过 list 对象吗？
• list 对象都支持哪些操作？时间复杂度、空间复杂度分别是多少？
• 试分析 append 和 insert 这两个方法的时间复杂度？
• 头部追加性能较差，如何解决？

list 对象的基本用法和技术原理，每个 Python 开发工程师都必须掌握，但不少候选人对此却只是一知半解。本节，我们一起查缺补漏，力求彻底掌握 list 对象，完美解答面试官针对 list 对象的灵魂之问。

基本用法

我们先来回顾一下 list 对象的基本操作：

# 新建一个列表>>> l = [1, 2, 3]>>> l[1, 2, 3]

# 向尾部追加元素，列表对象视情况自动扩容>>> l.append(4)>>> l[1, 2, 3, 4]

# 从尾部弹出元素，列表对象视情况自动缩容>>> l.pop()4>>> l[1, 2, 3]

# 向头部插入元素，该操作需要挪动后面的元素，谨慎使用！>>> l.insert(0, 4)>>> l[4, 1, 2, 3]

# 从头部弹出元素，该操作需要挪动后面的元素，谨慎使用！>>> l.pop(0)4>>> l[1, 2, 3]

# 查找元素第一次出现位置的下标>>> l.index(2)1

# 用一个可迭代对象扩展列表——元素逐一追加到尾部>>> l.extend([1, 2])>>> l[1, 2, 3, 1, 2]

# 计算元素出现的个数>>> l.count(1)2>>> l.count(3)1

# 将列表反转>>> l.reverse()>>> l[2, 1, 3, 2, 1]

# 将列表清空>>> l.clear()>>> l[]

一个合格的 Python 开发工程师，除了必须熟练掌握 list 对象的基本操作，还需要对每个操作的 实现原理 及对应的 时间复杂度 、 空间复杂度 有准确的认识。列表操作总体比较简单，但有个操作特别容易被误用：

• insert 方法向头部追加元素时需要挪动整个列表，时间复杂度是  ，性能极差，需谨慎使用；
• append 方法向尾部追加元素时，无需挪动任何元素，时间复杂度是  ；
• pop 方法从头部弹出元素时也需要挪动整个列表，时间复杂度是  ，同样需谨慎使用；
• pop 方法从尾部弹出元素时，无需挪动任何元素，时间复杂度是  ；

由此可见，对列表头部和尾部进行操作，性能有天壤之别。后续我们将一起探索 list 对象内部结构，从中寻找造成这种现象的原因。此外， list 对象还可根据元素个数 自动扩缩容 ，其中秘密也将一一揭晓。

内部结构

list 对象在 Python 内部，由 PyListObject 结构体表示，定义于头文件 Include/listobject.h 中：

typedef struct {    PyObject_VAR_HEAD    /* Vector of pointers to list elements.  list[0] is ob_item[0], etc. */    PyObject **ob_item;

    /* ob_item contains space for 'allocated' elements.  The number     * currently in use is ob_size.     * Invariants:     *     0 <= ob_size <= allocated     *     len(list) == ob_size     *     ob_item == NULL implies ob_size == allocated == 0     * list.sort() temporarily sets allocated to -1 to detect mutations.     *     * Items must normally not be NULL, except during construction when     * the list is not yet visible outside the function that builds it.     */    Py_ssize_t allocated;} PyListObject;

毫无疑问， list 对象是一种 变长对象 ，因此包含变长对象公共头部。除了公共头部， list 内部维护了一个动态数组，而数组则依次保存元素对象的指针：

• ob_item ，指向动态数组的指针，动态数组保存元素对象的指针；
• allocated ，动态数组长度，即列表 容量 ；
• ob_size ，动态数组当前保存元素个数，即列表 长度 ；

尾部操作

在列表对象尾部增删元素，可快速完成，无须挪动其他元素。

假设列表元素 l 内部数组长度为 5 ，以及保存 3 个元素，分别是：1 、 2 、 3 。当我们调用 append 方法向尾部追加元素时，由于内部数组还有未用满，只需将新元素保存于数组下一可用位置并更新 ob_size 字段：

因此，大多数情况下， append 方法性能都足够好，时间复杂度是  。

list 对象除了尾部操作外，还有 动态扩容 、头部操作元素 以及 浅拷贝 等常用方法，这些你又掌握了多少呢？点击 “

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