C#中List<T>是怎么存放元素的

Jeffrey Zhao在"你的字典里有多少元素？"一文中，提到了他在面试时问过的一个问题：List<T>是怎么存放元素？不幸的是，自己也回答不出来，只知道怎么用，却不知道为啥这样用，很明显的"知其然而不知其所以然"。于是，扒了一段List<T>的一段源码来一窥究竟。

using System;
using System.Diagnostic;
using System.Collections.ObjectModel;
using System.Security.Permissions;

namespace System.Collections.Generic
{
    ...
    [Serializable()]
    public class List<t> : IList<t>, System.Collections.IList
    {
        private const int _defaultCapacity = 4;
        private T[] _items; //List<T>内部是依靠数组_items存放数据的
        private int _size; //数组的长度
        private int _version;
        [NoSerialized]
        private Object _syncRoot;
        static T[] _emptyArray = new T[0];

        //无参数构造函数 把_items设置成一个空的数组
        public List()
        {
            _items = _emptyArray;
        }

        //此构造函数 给_items数组一个初始容量
        public List(int capacity)
        {
            ...
            items = new T[capaicty];
        }

        //此构造函数 把集合类型参数拷贝给_items数组
        public List(IEnumerable<t> collection)
        {
            ...
            ICollection<t> c = collection as ICollection<t>;
            if(c != null)
            {
                int count = c.Count; //把构造函数集合类型参数的长度赋值给临时变量count
                _items = new T[count]; //List<T>内部维护的_items数组的长度和构造函数集合类型参数的长度一致
                c.CopyTo(_items, 0); //把构造函数集合的所有元素拷贝到_items数组中去
                _size = count; //_items数组的长度就是构造函数集合类型参数的长度
            }
            else
            {
                _size = 0;
                _items = new T[_defaultCapacity];
                ...
            }
        }

        //通过设置这个属性，改变List<t>内部维护的_items数组的长度
        public int Capacity
        {
            get {return _items.Length; }
            set {
                if(value != _items.Length){ //如果当前赋值和List<t>维护的内部数组_items长度不一致
                    if(value < _size){
                        //TODO: 处理异常
                    }
                    if(value > 0){
                        T[] newItems = new T[value]; //创建一个临时的、新的数组，长度为新的赋值
                        if(_size > 0){
                            //把临时的、新的数组拷贝给List<t>内部维护的数组_items，注意，这时_items的长度为新的赋值
                            Array.Copy(_items, 0, newItems, 0, _size);
                        }
                    } else {
                        _items = _emptyArray;
                    }
                }
            }
        }

        public void Add(T item)
        {
            if(_size == _items.Length) EnsureCapacity(_size + 1);
            _items[_size++] = item;
            ...
        }

        //确保List<t>内部维护的_items数组的长度至少是给定的值
        //如果_items数组原先的长度比给定的值小，就让_items数组的长度设置为原先的长度的2倍
        privat void EnsureCapacity(int min)
        {
            if(_items.Length < min){
                 int newCapacity = _items.Length == 0 ? _defaultCapacity : _items.Legnth * 2;
                 if(newCapacity < min) newCapacity = min;
                 Capacity = newCapacity;
            }
        }

    }
}

由此可见，向List<T>中存放元素的大致过程是这样的：

→List<T>内部维护着一个数组_items，用来存放T类型的元素。
→当有新的T类型元素存放进来，即调用Add(T item)方法。
→Add(T item)方法内部调用EnsureCapacity(int min)方法确保List<T>的Capaicty属性值至少在原先长度上加1，最多是原先长度的2倍。
→在给Capacity赋值的过程中，对_items的长度进行了扩容。
→扩容后，再把新的T类型元素存放进来。

简单地说：

当有新的元素存放到List<T>中时，List<T>先对其维护的内部数组进行扩容，然后再把新元素放进来。