list是python的高级特性，今天我们来学习一下list的底层结构。list(列表)就像一个大仓库，里边什么都可以放，学习过底层结构之后，就会认同这句话。python中一切皆对象，先点出来，列表中存放的元素其实是泛型指针PyObject*,所以什么都可以放。根据我们列表的直观感受，每个列表中的元素个数可能会不一样，所以列表示一个变长对象；列表中的元素可以进行添加、删除、修改等操作，所以列表是一个可变对象。

列表常用的操作

其中，需要注意的是性能问题，pop从尾部弹出一个元素，时间复杂度为O(1)；从头部弹出一个元素，后面的元素都需要移动，时间复杂度为O(n)。

先看一下List 对象的底层结构，PyListObject，通过前面的学习，这个很简单了。

typedef struct {    PyObject_VAR_HEAD//变长对象公共头部信息    PyObject **ob_item;//二级指针，指向一个PyObject*类型的指针数组，     //这个指针数组保存的是对象指针    Py_ssize_t allocated;//列表底层使用C数组，列表的容量，非实际大小} PyListObject;

通过前面的学习，我们知道一个变长对象是通过ob_size字段来指示对象的实际大小的。列表多了一个字段allocated来表示容量，之所以要有容量这个概念，是因为列表需要动态添加元素。在动态添加元素时，如果每添加一个元素，就申请一次数组，将所有元素都拷贝一次，性能太低。加了容量这个字段，添加新元素，发现底层数组已满，会将底层数组申请的长一些，添加元素的时候不用每次都申请新的数组。

PyListObject示意图

可以看出，此时列表中有两个元素，但是列表的容量是6。我们再append两个元素，如下示意图,可以看出容量最大为6，不需要重新申请数组。

尾部添加元素示意图

在此基础上再增加三个元素在尾部，实际元素个数为7，容量为6，需要扩容，看一下示意图：原来的容量为6，元素个数为4，append3个元素后，假设容量为10，元素个数为7。扩容的时候把容量申请的比实际元素大一些。然后将原来数组中的PyObject*按照顺序依次拷贝到新的数组里边，再将ob_item指向新的数组，再将ob_size加3。这就是列表扩容的过程。看一下实际源码

list对象扩容底层示意图

//代码位置cpython-masterObjectslistobject.clist_resize(PyListObject *self, Py_ssize_t newsize)//参数self就是列表，newsize是元素添加或者减少之后的ob_size{    PyObject **items;//这个二级指针，用来指向指针数组    size_t new_allocated, num_allocated_bytes;//新的容量和对应的内存大小    Py_ssize_t allocated = self->allocated;//获取原来的容量  //如果newsize达到了总量的一半，但是还没有超过容量，说明newsize和容量的匹配的，不会扩容    if (allocated >= newsize && newsize >= (allocated >> 1)) {        assert(self->ob_item != NULL || newsize == 0);        Py_SET_SIZE(self, newsize);        return 0;    }//走到这里说明容量和ob_size不匹配，要进行扩容或者缩容  //新申请的底层数组的容量由下边的公式决定    new_allocated = ((size_t)newsize + (newsize >> 3) + 6) & ~(size_t)3; //也不能过度分配    if (newsize - Py_SIZE(self) > (Py_ssize_t)(new_allocated - newsize))        new_allocated = ((size_t)newsize + 3) & ~(size_t)3;  //如果newsize为0，那么容量也会清空    if (newsize == 0)        new_allocated = 0;   //数组中存放的是PyObject*,所以要计算内存    num_allocated_bytes = new_allocated * sizeof(PyObject *);    //申请相应大小的内存，赋值给指针items    items = (PyObject **)PyMem_Realloc(self->ob_item, num_allocated_bytes);  //申请失败    if (items == NULL) {        PyErr_NoMemory();        return -1;    }  //指向新的数组，实现扩容或者缩容    self->ob_item = items;  //元素的实际个数    Py_SET_SIZE(self, newsize);  //原来容量的大小设置为新的大小    self->allocated = new_allocated;    return 0;}

new_allocated = ((size_t)newsize + (newsize >> 3) + 6) & ~(size_t)3;

从这个公式的注释得到扩容的规律：The growth pattern is: 0, 4, 8, 16, 24, 32, 40, 52, 64, 76, ...