为什么一个 ArrayList 上的 clear() 会清除另一个 ArrayList 中的元素？

Question

我想要的输出应该是：
[[1], [1, 2], [1, 2, 3], [1, 2, 3, 4], [1, 2, 3, 4, 5]]

通过每次创建新的 ArrayList 对象

List<List<Integer>> result = new ArrayList<>();

    for(int i = 1; i <= 5; ++i){

      List<Integer> list = new ArrayList<>();

      for(int j = 1; j <= i; ++j){
        list.add(j);
      }
      result.add(list);
    }
    System.out.println(result);

我得到想要的输出为
[[1], [1, 2], [1, 2, 3], [1, 2, 3, 4], [1, 2, 3, 4, 5]]

但是，在尝试使用 clear() 时不会得到相同的结果（以避免在每次迭代中创建一个新对象），并且在 list Arraylist 上调用 clear() 时 result Arraylist 也会为空

List<Integer> list = new ArrayList<>();
List<List<Integer>> result = new ArrayList<>();

    for(int i = 1; i <= 5; ++i){
      for(int j = 1; j <= i; ++j){
        list.add(j);
      }
      result.add(list);
      list.clear();
    }
    System.out.println(result);

我使用 clear() 得到以下输出
[[], [], [], [], []] --> 不是我想要的输出

如何在不每次都创建新对象（ArrayList 对象）并使用 clear() 或任何其他概念的情况下实现所需的输出。

result and list ArrayList 是指向同一个引用还是有其他原因导致输出不正确。请让我知道一些我不知道或缺少的关于 ArrayList 主题的内容。

Answer 1

tl;博士

你说：

结果和列表ArrayList是否指向同一个引用

是的。

要添加副本，请更改：

result.add( list );

…到这个：

result.add( new ArrayList<>( list ) );

详情

您可能认为result.add(list); 正在添加list 的内容。但是不，该调用传递了您命名为list 的ArrayList 对象的引用（指针，内存地址）。 list 的内容与该调用无关。无论是空的还是满的，列表本身，容器，就是你传递给add的东西。

所以你要添加五次相同的列表。 result 的所有元素都指向同一个列表。如果您添加到包含列表中，result 的所有五个元素都会看到该更改。如果您清除添加的list，result 的所有五个元素都会看到该变化，result 的所有五个元素都指向同一个现在为空的列表。

要添加不同的unmodifiable lists，请致电List.copyOf。

result.add( List.copyOf( list ) );

要添加不同的可修改列表，请构造新的ArrayList 对象。将现有列表传递给新列表的构造函数。

result.add( new ArrayList<>( list ) );

Answer 2

您使用相同列表的更改，正是您所看到的结果。您多次将同一个列表添加到result 列表中，最后一次clear() 调用导致结果列表的所有元素都显示为空。

您可以通过将反映当前内容的列表副本添加到结果中来解决此问题，但结果比您已有的原始解决方案效率低，在每次迭代中在循环体中创建一个新列表，无需额外的复制操作。

当您想要具有不同内容的列表时，没有办法创建不同的列表对象。但是您可以避免在这种特定情况下使用不同的存储：

List<List<Integer>> result = new ArrayList<>();
List<Integer> list = new ArrayList<>();
for(int i = 1; i <= 5; i++) list.add(i);
for(int j = 1; j <= 5; j++) result.add(list.subList(0, j));
System.out.println(result);

这将首先创建最大的列表，该列表将拥有Integer 对象的实际存储空间。第二个循环中使用的subList 操作在这个列表中创建了一个view，没有自己的存储空间，只是不同的边界。

这也意味着当您之后修改原始 list 时，这可能会更改结果（当您 set 元素时）或使子列表无效（当您添加或删除元素时）。

您可以通过使用不可变列表来避免这种情况

List<List<Integer>> result = new ArrayList<>();
List<Integer> list = new ArrayList<>();
for(int i = 1; i <= 5; i++) list.add(i);
list = List.copyOf(list);
for(int j = 1; j <= 5; j++) result.add(list.subList(0, j));
System.out.println(result);

这仅包含一个复制操作到不可变列表（需要 Java 10），而不是在每个循环迭代中。 subList 返回的列表也是不可变的。

从 JDK 16 开始，你甚至可以避免临时的ArrayList 和创建不可变列表时的复制操作

List<List<Integer>> result = new ArrayList<>();
List<Integer> list = IntStream.rangeClosed(1, 5).boxed().toList();
for(int j = 1; j <= 5; j++) result.add(list.subList(0, j));
System.out.println(result);

虽然 Stream API 的初始开销可能无法通过仅保存五个元素的复制操作来补偿。

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适用于所有变体的一个小改进是不要将subList 用于最后一个元素，该元素与整个列表具有相同的内容，即，而不是

for(int j = 1; j <= 5; j++) result.add(list.subList(0, j));

你可以使用

for(int j = 1; j < 5; j++) result.add(list.subList(0, j));
result.add(list);