在LINQ查询中调用ToList()或ToArray()更好吗？

Question

我经常遇到这样的情况:我想在我声明查询的地方执行查询。这通常是因为我需要对它进行多次迭代，而且计算成本很高。例如：

string raw = "...";
var lines = (from l in raw.Split('\n')
             let ll = l.Trim()
             where !string.IsNullOrEmpty(ll)
             select ll).ToList();

这个很好用。但是，如果我不打算修改结果，那么我最好调用ToArray()而不是ToList()。

然而，我想知道ToArray()是否是通过第一次调用ToList()实现的，因此，与调用ToList()相比，内存效率更低。

我疯了吗？我是否应该在知道内存不会被分配两次的情况下调用ToArray() -安全和安全？

Answer 1

除非您只需要一个数组来满足其他约束，否则您应该使用ToList。在大多数情况下，ToArray将分配比ToList更多的内存。

两者都使用数组作为存储，但是ToList有一个更灵活的约束。它需要数组至少与集合中的元素数一样大。如果数组更大，这不是问题。然而，ToArray需要数组的大小与元素的数量完全一致。

为了满足这一限制，ToArray通常比ToList多分配一次。一旦它有一个足够大的数组，它就会分配一个大小完全正确的数组，并将元素复制回该数组中。唯一可以避免这种情况的是，数组的grow算法恰好与需要存储的元素数(绝对是少数元素)相吻合。

编辑

有几个人问我，在List<T>值中拥有额外的未使用内存会带来什么后果。

这是一个值得关注的问题。如果创建的集合寿命很长，在创建后从未修改过，并且很有可能在Gen2堆中登陆，那么您最好先考虑ToArray的额外分配。

总的来说，我觉得这是比较少见的情况。更常见的是看到许多ToArray调用立即传递给其他短暂的内存使用，在这种情况下，ToList显然更好。

这里的关键是配置文件，配置文件，然后再配置更多。

Answer 2

由于List<T>是作为一个动态大小的数组实现的，因此性能差异将是微不足道的。调用ToArray() (使用内部Buffer<T>类来增长数组)或调用ToList() (调用List<T>(IEnumerable<T>)构造函数)最终都需要将它们放入数组并扩展数组，直到它们全部满足。

如果您希望具体确认这一事实，请查看Reflector中所讨论的方法的实现--您将看到它们归结为几乎相同的代码。

Answer 3

编辑2: (这是对原始答案的更正)

使用Benchmark.NET，我们可以通过性能度量来确认，接受的答案实际上是正确的:在一般情况下，ToList更快，因为它不需要从分配的缓冲区中修剪空空间。ToArray可能会执行额外的分配和复制操作，以使缓冲区的大小与元素的数量完全一致。

为了确认这一点，使用了以下基准测试。

[MemoryDiagnoser]
[ShortRunJob]
public class Benchmarks
{
    [Params(0, 1, 6, 10, 42, 100, 1337, 10000)]
    public int Count { get; set; }

    public IEnumerable<int> Items => Enumerable.Range(0, Count).Where(i => i > 0);

    [Benchmark(Baseline = true)]
    public int[] ToArray() => Items.ToArray();

    [Benchmark]
    public List<int> ToList() => Items.ToList();
}

结果证实，ToList在大多数情况下是10% - 15%的速度。

BenchmarkDotNet=v0.13.1, OS=Windows 10.0.22000
Intel Core i9-10885H CPU 2.40GHz, 1 CPU, 16 logical and 8 physical cores
.NET SDK=6.0.302
  [Host]     : .NET 6.0.7 (6.0.722.32202), X64 RyuJIT
  DefaultJob : .NET 6.0.7 (6.0.722.32202), X64 RyuJIT


|  Method | Count |         Mean |      Error |     StdDev | Ratio | RatioSD |   Gen 0 |  Gen 1 | Allocated |
|-------- |------ |-------------:|-----------:|-----------:|------:|--------:|--------:|-------:|----------:|
| ToArray |     0 |     29.73 ns |   0.546 ns |   0.536 ns |  1.00 |    0.00 |  0.0067 |      - |      56 B |
|  ToList |     0 |     31.51 ns |   0.485 ns |   0.405 ns |  1.06 |    0.02 |  0.0105 |      - |      88 B |
|         |       |              |            |            |       |         |         |        |           |
| ToArray |     1 |     37.36 ns |   0.314 ns |   0.294 ns |  1.00 |    0.00 |  0.0114 |      - |      96 B |
|  ToList |     1 |     36.75 ns |   0.605 ns |   0.537 ns |  0.98 |    0.01 |  0.0153 |      - |     128 B |
|         |       |              |            |            |       |         |         |        |           |
| ToArray |     6 |    100.05 ns |   1.522 ns |   1.349 ns |  1.00 |    0.00 |  0.0286 |      - |     240 B |
|  ToList |     6 |     85.16 ns |   0.808 ns |   0.756 ns |  0.85 |    0.01 |  0.0267 |      - |     224 B |
|         |       |              |            |            |       |         |         |        |           |
| ToArray |    10 |    137.20 ns |   2.766 ns |   2.452 ns |  1.00 |    0.00 |  0.0372 |      - |     312 B |
|  ToList |    10 |    123.05 ns |   2.198 ns |   1.949 ns |  0.90 |    0.01 |  0.0372 |      - |     312 B |
|         |       |              |            |            |       |         |         |        |           |
| ToArray |    42 |    398.25 ns |   6.583 ns |   5.836 ns |  1.00 |    0.00 |  0.0877 |      - |     736 B |
|  ToList |    42 |    352.04 ns |   4.976 ns |   4.411 ns |  0.88 |    0.02 |  0.0887 |      - |     744 B |
|         |       |              |            |            |       |         |         |        |           |
| ToArray |   100 |    730.80 ns |   6.501 ns |   6.081 ns |  1.00 |    0.00 |  0.1488 |      - |   1,248 B |
|  ToList |   100 |    705.49 ns |   9.947 ns |   9.305 ns |  0.97 |    0.01 |  0.1526 |      - |   1,280 B |
|         |       |              |            |            |       |         |         |        |           |
| ToArray |  1337 |  8,023.57 ns | 147.388 ns | 137.867 ns |  1.00 |    0.00 |  1.6785 | 0.0458 |  14,056 B |
|  ToList |  1337 |  7,980.27 ns | 138.469 ns | 122.749 ns |  1.00 |    0.02 |  1.9989 | 0.1221 |  16,736 B |
|         |       |              |            |            |       |         |         |        |           |
| ToArray | 10000 | 57,037.19 ns | 510.492 ns | 452.538 ns |  1.00 |    0.00 | 12.6343 | 1.7700 | 106,280 B |
|  ToList | 10000 | 57,728.15 ns | 583.353 ns | 517.127 ns |  1.01 |    0.01 | 15.5640 | 5.1270 | 131,496 B |

作为参考，下面是原来的答案，不幸的是，它只在非常特殊的情况下执行了基准测试，避免了中间调整大小和复制操作。

原始答案：

现在是2020年，每个人都在使用.NET Core3.1，所以我决定使用Benchmark.NET运行一些基准测试。

TL;DR: ToArray()具有更好的性能，如果您不打算对集合进行变异，那么它可以更好地传达意图。

编辑:从注释中可以看出，这些基准可能不是指示性的，因为Enumerable.Range(...)返回一个包含序列大小信息的IEnumerable<T>，该信息随后被ToArray()用于优化，预先分配一个大小正确的数组。考虑手动测试性能，以确定确切的场景。

    [MemoryDiagnoser]
    public class Benchmarks
    {
        [Params(0, 1, 6, 10, 39, 100, 666, 1000, 1337, 10000)]
        public int Count { get; set; }
    
        public IEnumerable<int> Items => Enumerable.Range(0, Count);
    
        [Benchmark(Description = "ToArray()", Baseline = true)]
        public int[] ToArray() => Items.ToArray();
    
        [Benchmark(Description = "ToList()")]
        public List<int> ToList() => Items.ToList();
    
        public static void Main() => BenchmarkRunner.Run<Benchmarks>();
    }

研究结果如下：

    BenchmarkDotNet=v0.12.0, OS=Windows 10.0.14393.3443 (1607/AnniversaryUpdate/Redstone1)
    Intel Core i5-4460 CPU 3.20GHz (Haswell), 1 CPU, 4 logical and 4 physical cores
    Frequency=3124994 Hz, Resolution=320.0006 ns, Timer=TSC
    .NET Core SDK=3.1.100
      [Host]     : .NET Core 3.1.0 (CoreCLR 4.700.19.56402, CoreFX 4.700.19.56404), X64 RyuJIT
      DefaultJob : .NET Core 3.1.0 (CoreCLR 4.700.19.56402, CoreFX 4.700.19.56404), X64 RyuJIT
    
    
    |    Method | Count |          Mean |       Error |      StdDev |        Median | Ratio | RatioSD |   Gen 0 | Gen 1 | Gen 2 | Allocated |
    |---------- |------ |--------------:|------------:|------------:|--------------:|------:|--------:|--------:|------:|------:|----------:|
    | ToArray() |     0 |      7.357 ns |   0.2096 ns |   0.1960 ns |      7.323 ns |  1.00 |    0.00 |       - |     - |     - |         - |
    |  ToList() |     0 |     13.174 ns |   0.2094 ns |   0.1958 ns |     13.084 ns |  1.79 |    0.05 |  0.0102 |     - |     - |      32 B |
    |           |       |               |             |             |               |       |         |         |       |       |           |
    | ToArray() |     1 |     23.917 ns |   0.4999 ns |   0.4676 ns |     23.954 ns |  1.00 |    0.00 |  0.0229 |     - |     - |      72 B |
    |  ToList() |     1 |     33.867 ns |   0.7350 ns |   0.6876 ns |     34.013 ns |  1.42 |    0.04 |  0.0331 |     - |     - |     104 B |
    |           |       |               |             |             |               |       |         |         |       |       |           |
    | ToArray() |     6 |     28.242 ns |   0.5071 ns |   0.4234 ns |     28.196 ns |  1.00 |    0.00 |  0.0280 |     - |     - |      88 B |
    |  ToList() |     6 |     43.516 ns |   0.9448 ns |   1.1949 ns |     42.896 ns |  1.56 |    0.06 |  0.0382 |     - |     - |     120 B |
    |           |       |               |             |             |               |       |         |         |       |       |           |
    | ToArray() |    10 |     31.636 ns |   0.5408 ns |   0.4516 ns |     31.657 ns |  1.00 |    0.00 |  0.0331 |     - |     - |     104 B |
    |  ToList() |    10 |     53.870 ns |   1.2988 ns |   2.2403 ns |     53.415 ns |  1.77 |    0.07 |  0.0433 |     - |     - |     136 B |
    |           |       |               |             |             |               |       |         |         |       |       |           |
    | ToArray() |    39 |     58.896 ns |   0.9441 ns |   0.8369 ns |     58.548 ns |  1.00 |    0.00 |  0.0713 |     - |     - |     224 B |
    |  ToList() |    39 |    138.054 ns |   2.8185 ns |   3.2458 ns |    138.937 ns |  2.35 |    0.08 |  0.0815 |     - |     - |     256 B |
    |           |       |               |             |             |               |       |         |         |       |       |           |
    | ToArray() |   100 |    119.167 ns |   1.6195 ns |   1.4357 ns |    119.120 ns |  1.00 |    0.00 |  0.1478 |     - |     - |     464 B |
    |  ToList() |   100 |    274.053 ns |   5.1073 ns |   4.7774 ns |    272.242 ns |  2.30 |    0.06 |  0.1578 |     - |     - |     496 B |
    |           |       |               |             |             |               |       |         |         |       |       |           |
    | ToArray() |   666 |    569.920 ns |  11.4496 ns |  11.2450 ns |    571.647 ns |  1.00 |    0.00 |  0.8688 |     - |     - |    2728 B |
    |  ToList() |   666 |  1,621.752 ns |  17.1176 ns |  16.0118 ns |  1,623.566 ns |  2.85 |    0.05 |  0.8793 |     - |     - |    2760 B |
    |           |       |               |             |             |               |       |         |         |       |       |           |
    | ToArray() |  1000 |    796.705 ns |  16.7091 ns |  19.8910 ns |    796.610 ns |  1.00 |    0.00 |  1.2951 |     - |     - |    4064 B |
    |  ToList() |  1000 |  2,453.110 ns |  48.1121 ns |  65.8563 ns |  2,460.190 ns |  3.09 |    0.10 |  1.3046 |     - |     - |    4096 B |
    |           |       |               |             |             |               |       |         |         |       |       |           |
    | ToArray() |  1337 |  1,057.983 ns |  20.9810 ns |  41.4145 ns |  1,041.028 ns |  1.00 |    0.00 |  1.7223 |     - |     - |    5416 B |
    |  ToList() |  1337 |  3,217.550 ns |  62.3777 ns |  61.2633 ns |  3,203.928 ns |  2.98 |    0.13 |  1.7357 |     - |     - |    5448 B |
    |           |       |               |             |             |               |       |         |         |       |       |           |
    | ToArray() | 10000 |  7,309.844 ns | 160.0343 ns | 141.8662 ns |  7,279.387 ns |  1.00 |    0.00 | 12.6572 |     - |     - |   40064 B |
    |  ToList() | 10000 | 23,858.032 ns | 389.6592 ns | 364.4874 ns | 23,759.001 ns |  3.26 |    0.08 | 12.6343 |     - |     - |   40096 B |
    
    // * Hints *
    Outliers
      Benchmarks.ToArray(): Default -> 2 outliers were removed (35.20 ns, 35.29 ns)
      Benchmarks.ToArray(): Default -> 2 outliers were removed (38.51 ns, 38.88 ns)
      Benchmarks.ToList(): Default  -> 1 outlier  was  removed (64.69 ns)
      Benchmarks.ToArray(): Default -> 1 outlier  was  removed (67.02 ns)
      Benchmarks.ToArray(): Default -> 1 outlier  was  removed (130.08 ns)
      Benchmarks.ToArray(): Default -> 1 outlier  was  detected (541.82 ns)
      Benchmarks.ToArray(): Default -> 1 outlier  was  removed (7.82 us)
    
    // * Legends *
      Count     : Value of the 'Count' parameter
      Mean      : Arithmetic mean of all measurements
      Error     : Half of 99.9% confidence interval
      StdDev    : Standard deviation of all measurements
      Median    : Value separating the higher half of all measurements (50th percentile)
      Ratio     : Mean of the ratio distribution ([Current]/[Baseline])
      RatioSD   : Standard deviation of the ratio distribution ([Current]/[Baseline])
      Gen 0     : GC Generation 0 collects per 1000 operations
      Gen 1     : GC Generation 1 collects per 1000 operations
      Gen 2     : GC Generation 2 collects per 1000 operations
      Allocated : Allocated memory per single operation (managed only, inclusive, 1KB = 1024B)
      1 ns      : 1 Nanosecond (0.000000001 sec)