Python 常用数据结构：列表（List）基础用法与操作详解

拼接与重复

• 拼接 (+)：将两个列表的元素连接起来。
• 重复 (*)：将列表元素重复指定的次数。

list_a = [1, 2, 3]
list_b = [4, 5]
print(list_a + list_b)  # [1, 2, 3, 4, 5]
print(list_a * 3)       # [1, 2, 3, 1, 2, 3, 1, 2, 3]

成员判断

使用 in 或 not in 运算符判断元素是否存在于列表中。

print(3 in list_a)      # True
print(10 not in list_a) # True

索引访问

列表支持通过索引访问元素。索引从 0 开始，也可以使用负数索引从末尾向前计数。

fruits = ['apple', 'banana', 'cherry', 'date']
print(fruits[0])   # apple (第一个)
print(fruits[-1])  # date (最后一个)
print(fruits[-2])  # cherry (倒数第二个)

注意：如果索引超出范围（如 fruits[10]），会抛出 IndexError: list index out of range 异常。

切片操作

切片用于获取列表的一部分，格式为 [start:end:stride]。

nums = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
print(nums[2:5])    # [2, 3, 4] (不包含 end)
print(nums[:3])     # [0, 1, 2] (省略 start)
print(nums[::2])    # [0, 2, 4, 6, 8] (步长为 2)
print(nums[::-1])   # [9, 8, ..., 0] (反转列表)

切片不仅可以读取，还可以修改列表内容。

nums[2:5] = [10, 20, 30]
print(nums)         # [0, 1, 10, 20, 30, 5, 6, 7, 8, 9]

列表的遍历

方式一：直接遍历

最简洁的方式是直接遍历列表元素。

languages = ['Python', 'Java', 'C++']
for lang in languages:
    print(lang)

方式二：索引遍历

如果需要同时获取索引和值，可以使用 enumerate。

for index, lang in enumerate(languages):
    print(f'{index}: {lang}')

常见列表方法

列表是可变对象，支持多种原地操作方法。

my_list = [3, 1, 4, 1, 5]
my_list.append(9)
print(my_list)        # [3, 1, 4, 1, 5, 9]

my_list.remove(1)
print(my_list)        # [3, 4, 1, 5, 9]

my_list.sort()
print(my_list)        # [1, 3, 4, 5, 9]

reversed_list = my_list[::-1]
print(reversed_list)  # [9, 5, 4, 3, 1]

列表推导式

列表推导式是一种简洁的创建列表的方法，常用于过滤或转换数据。

# 生成平方数列表
squares = [x**2 for x in range(10)]
print(squares)  # [0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

# 带条件的列表推导
evens = [x for x in range(20) if x % 2 == 0]
print(evens)    # [0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18]

浅拷贝与深拷贝

当列表中包含嵌套列表时，直接使用 = 赋值或 list() 复制只会创建浅拷贝，即内部对象仍共享引用。

original = [[1, 2], [3, 4]]
copy_list = original[:]  # 浅拷贝

copy_list[0][0] = 99
print(original)          # [[99, 2], [3, 4]] (原列表也被修改)

如需完全独立的副本，需使用 copy 模块中的 deepcopy。

实战案例：掷骰子统计

使用列表重构之前的掷骰子统计任务，代码更加简洁优雅。

"""
将一颗色子掷 6000 次，统计每种点数出现的次数
"""
import random

# 初始化计数器列表，长度为 6，初始值为 0
counters = [0] * 6

for _ in range(6000):
    face = random.randrange(1, 7)
    counters[face - 1] += 1

for face in range(1, 7):
    print(f'{face}点出现了{counters[face - 1]}次')

在这个例子中，我们利用列表的随机访问特性，避免了大量的 if-else 分支判断，显著提升了代码的可读性和扩展性。

总结

列表是 Python 中最基本且最常用的数据结构之一。它支持动态扩容、索引访问、切片操作以及丰富的内置方法。掌握列表的创建、操作及常见陷阱（如浅拷贝），是编写高质量 Python 代码的基础。在实际开发中，结合列表推导式和内置函数，可以极大地简化数据处理逻辑。