Kotlin数据结构性能全解析

Kotlin 数据结构分析

1. 列表（List）

• 特性：
  • 有序集合，允许重复元素
  • 不可变：listOf()
  • 可变：mutableListOf()（默认实现为 ArrayList）
• 时间复杂度：
  • 随机访问：$O(1)$
  • 末尾插入：$O(1)$（摊销时间）
  • 中间插入/删除：$O(n)$
• 使用场景：

  val immutableList = listOf("A", "B", "C") // 只读
  val mutableList = mutableListOf(1, 2, 3)
  mutableList.add(4) // 动态修改
  

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2. 集合（Set）

• 特性：
  • 无序，元素唯一（基于 hashCode() 和 equals()）
  • 不可变：setOf()
  • 可变：mutableSetOf()（默认 LinkedHashSet）
• 变体：
  • HashSet：无序，最快操作
  • LinkedHashSet：保留插入顺序
  • TreeSet：有序（基于红黑树）
• 时间复杂度：
  • 添加/删除/查找：平均 $O(1)$（HashSet），最坏 $O(n)$
  • TreeSet 操作：$O(\log n)$
• 使用场景：

  val uniqueNumbers = setOf(1, 2, 2, 3) // 结果为 [1, 2, 3]
  

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3. 映射（Map）

• 特性：
  • 键值对集合，键唯一
  • 不可变：mapOf()
  • 可变：mutableMapOf()（默认 LinkedHashMap）
• 变体：
  • HashMap：无序，高效哈希
  • LinkedHashMap：保留插入顺序
  • TreeMap：按键排序
• 时间复杂度：
  • 添加/删除/查找：平均 $O(1)$（HashMap）
  • TreeMap 操作：$O(\log n)$
• 使用场景：

  val map = mapOf("Kotlin" to 2011, "Java" to 1995)
  val mutableMap = mutableMapOf("A" to 1)
  mutableMap["B"] = 2 // 动态添加
  

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4. 数组（Array）

• 特性：
  • 固定大小，类型确定（如 Array<T>、IntArray）
  • 高效内存布局（原始类型数组无装箱开销）
• 时间复杂度：
  • 访问/修改：$O(1)$
  • 大小调整：不支持（需创建新数组）
• 使用场景：

  val intArray = intArrayOf(1, 2, 3) // 原始类型数组
  val objArray = arrayOf("A", "B")   // 对象数组
  

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5. 序列（Sequence）

• 特性：
  • 惰性求值（类似 Java Stream）
  • 无中间集合生成（节省内存）
• 时间复杂度：
  • 操作链：$O(n)$（单次遍历）
• 使用场景：大数据处理管道

  val result = (1..1_000_000).asSequence().filter { it % 2 == 0 }.map { it * 2 }.take(10).toList() // 仅计算前10个元素
  

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性能对比总结

数据结构	随机访问	插入/删除	内存开销	适用场景
ArrayList	$O(1)$	$O(n)$	低	高频访问，少修改
HashSet	$O(1)$	$O(1)$	中	快速去重
HashMap	$O(1)$	$O(1)$	中	键值查询
Array	$O(1)$	不支持	最低	固定大小数据
Sequence	$O(n)$	不支持	极低	大数据流处理

设计原则：

• 优先选择不可变集合（线程安全）
• 高频修改用 Mutable 变体
• 大数据操作用 Sequence 避免中间集合