列表（list）是一个抽象的数据结构概念，表示元素的有序集合，支持元素访问、修改、添加、删除和遍历等操作，无需使用者考虑容量限制的问题。列表可以基于链表或数组实现。

链表天然可以看作一个列表，其支持元素增删改查操作，并且可以灵活动态扩容。
数组也支持元素增删改查，但由于其长度不可变，因此只能看作一个具有长度限制的列表。

由于数组不具备扩展长度的能力，因此可以使用动态数组来实现列表。它继承了数组的各项优点，并且可以在程序运行过程中进行动态扩容。

许多编程语言中的标准库提供的列表是基于动态数组实现的，例如Python中的list、Java中的ArrayList、C++中的vector和C#中的List等。通常，将列表和动态数组视为等同的概念。

1. 列表常用操作

1.1 初始化列表

列表的初始化可以采用“无初始值”和“有初始值”这两种初始化方法：

/* 初始化列表 */
// 无初始值
vector<int> nums1;
// 有初始值
vector<int> nums = { 1, 3, 2, 5, 4 };

1.2 访问元素

列表本质上是数组，因此可以在$O(1)$时间内访问和更新元素。

/* 访问元素 */
int num = nums[1];  // 访问索引 1 处的元素

/* 更新元素 */
nums[1] = 0;  // 将索引 1 处的元素更新为 0

1.3 插入与删除元素

在列表末尾添加元素的时间复杂度为$O(1)$，但插入和删除元素的效率仍与数组相同，时间复杂度为$O(n)$。

/* 清空列表 */
nums.clear();

/* 在尾部添加元素 */
nums.push_back(1);
nums.push_back(3);
nums.push_back(2);
nums.push_back(5);
nums.push_back(4);

/* 在中间插入元素 */
nums.insert(nums.begin() + 3, 6);  // 在索引 3 处插入数字 6

/* 删除元素 */
nums.erase(nums.begin() + 3);      // 删除索引 3 处的元素

1.4 遍历列表

与数组一样，列表可以根据索引遍历，也可以直接遍历各元素。

/* 通过索引遍历列表 */
int count = 0;
for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
    count += nums[i];
}

/* 直接遍历列表元素 */
count = 0;
for (int num : nums) {
    count += num;
}

1.5 拼接列表

给定一个新列表nums1，我们可以将其拼接到原列表的尾部。

/* 拼接两个列表 */
vector<int> nums1 = { 6, 8, 7, 10, 9 };
// 将列表 nums1 拼接到 nums 之后
nums.insert(nums.end(), nums1.begin(), nums1.end());

1.6 排序列表

1 2	/* 排序列表 */ sort(nums.begin(), nums.end()); // 排序后，列表元素从小到大排列

2. 简单列表的实现

由于Python和C++都内置了列表，直接使用内置的列表list和vector即可，因此下面仅提供C实现列表的方法。

列表的设计需要考虑下面三个因素：

初始容量：选取一个合理的数组初始容量。下面的示例中选择10作为初始容量。
数量记录：声明一个变量size，用于记录列表当前元素数量，并随着元素插入和删除实时更新。根据此变量，我们可以定位列表尾部，以及判断是否需要扩容。
扩容机制：若插入元素时列表容量已满，则需要进行扩容。先根据扩容倍数创建一个更大的数组，再将当前数组的所有元素依次移动至新数组。在下面的示例中，规定每次将数组扩容至之前的2倍。

/* 列表类 */
typedef struct {
    int *arr;        // 数组（存储列表元素）
    int capacity;    // 列表容量
    int size;        // 列表大小
    int extendRatio; // 列表每次扩容的倍数
} MyList;

/* 构造函数 */
MyList *newMyList() {
    MyList *nums = malloc(sizeof(MyList));
    nums->capacity = 10;
    nums->arr = malloc(sizeof(int) * nums->capacity);
    nums->size = 0;
    nums->extendRatio = 2;
    return nums;
}

/* 析构函数 */
void delMyList(MyList *nums) {
    free(nums->arr);
    free(nums);
}

/* 获取列表长度 */
int size(MyList *nums) {
    return nums->size;
}

/* 获取列表容量 */
int capacity(MyList *nums) {
    return nums->capacity;
}

/* 访问元素 */
int get(MyList *nums, int index) {
    assert(index >= 0 && index < nums->size);
    return nums->arr[index];
}

/* 更新元素 */
void set(MyList *nums, int index, int num) {
    assert(index >= 0 && index < nums->size);
    nums->arr[index] = num;
}

/* 在尾部添加元素 */
void add(MyList *nums, int num) {
    if (size(nums) == capacity(nums)) {
        extendCapacity(nums); // 扩容
    }
    nums->arr[size(nums)] = num;
    nums->size++;
}

/* 在中间插入元素 */
void insert(MyList *nums, int index, int num) {
    assert(index >= 0 && index < size(nums));
    // 元素数量超出容量时，触发扩容机制
    if (size(nums) == capacity(nums)) {
        extendCapacity(nums); // 扩容
    }
    for (int i = size(nums); i > index; --i) {
        nums->arr[i] = nums->arr[i - 1];
    }
    nums->arr[index] = num;
    nums->size++;
}

/* 删除元素 */
// 注意：stdio.h 占用了 remove 关键词
int removeItem(MyList *nums, int index) {
    assert(index >= 0 && index < size(nums));
    int num = nums->arr[index];
    for (int i = index; i < size(nums) - 1; i++) {
        nums->arr[i] = nums->arr[i + 1];
    }
    nums->size--;
    return num;
}

/* 列表扩容 */
void extendCapacity(MyList *nums) {
    // 先分配空间
    int newCapacity = capacity(nums) * nums->extendRatio;
    int *extend = (int *)malloc(sizeof(int) * newCapacity);
    int *temp = nums->arr;

    // 拷贝旧数据到新数据
    for (int i = 0; i < size(nums); i++)
        extend[i] = nums->arr[i];

    // 释放旧数据
    free(temp);

    // 更新新数据
    nums->arr = extend;
    nums->capacity = newCapacity;
}

/* 将列表转换为 Array 用于打印 */
int *toArray(MyList *nums) {
    return nums->arr;
}