Java大课堂：常用数据结构一

背景

在计算机科学的学习中，数据结构是个绕不开的问题。那么我将在接下来的时间，简明扼要的介绍常见数据结构以及部分源码。下面我将简单介绍本大课堂涉及到的内容。

众所周知，一款好用的数据结构，不仅包括数据结构的实现，还有相关工具集。比如c++中stl有大量的工具函数，比如sort，accumulate，reduce，for_each,remove_if,count,count_if。其实在java中也有类似的实用算法。下面我将介绍常用的数据结构以及工具集合。

Collection框架

Collection是最基本的集合接口，一个Collection代表一组Object，即Collection的元素(Elements)。一些Collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。JavaSDK不提供直接继承自Collection的类，Java SDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”如List和Set。

所有实现Collection接口的类都必须提供两个标准的构造函数：无参数的构造函数用于创建一个空的Collection，有一个Collection参数的构造函数用于创建一个新的Collection，这个新的Collection与传入的Collection有相同的元素。后一个构造函数允许用户复制一个Collection。

List是有序的Collection，使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引(元素在List中的位置，类似于数组下标)来访问List中的元素，这类似于Java的数组。

和下面要提到的Set不同，List允许有相同的元素。

除了具有Collection接口必备的iterator()方法外，List还提供一个listIterator()方法，返回一个ListIterator接口，和标准的Iterator接口相比，ListIterator多了一些add()之类的方法，允许添加，删除，设定元素，还能向前或向后遍历。

实现List接口的常用类有LinkedList，ArrayList，Vector和Stack。

Set是一种不包含重复的元素的Collection，即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false，Set最多有一个null元素。

很明显，Set的构造函数有一个约束条件，传入的Collection参数不能包含重复的元素。

请注意：必须小心操作可变对象(Mutable Object)。如果一个Set中的可变元素改变了自身状态导致Object.equals(Object)=true将导致一些问题。

Map框架

Map也是接口，但没有继承Collection接口。该接口描述了从不重复的键到值的映射。Map接口用于维护键/值对（key/value pairs）。

特征：它描述了从不重复的键到值的映射。

两个重要的实现类：HashMap和TreeMap

1.HashMap，中文叫散列表，基于哈希表实现，特点就是键值对的映射关系。一个key对应一个Value。HashMap中元素的排列顺序是不固定的。更加适合于对元素进行插入、删除和定位。

2.TreeMap，基于红黑树实现。TreeMap中的元素保持着某种固定的顺序。更加适合于对元素的顺序遍历

迭代器

迭代器是一种设计模式，它是一个对象，它可以遍历并选择序列中的对象，而开发人员不需要了解该序列的底层结构。迭代器通常被称为“轻量级”对象，因为创建它的代价小。

Collections工具类

java.util.Collections 是一个包装类（工具类/帮助类）。它包含有各种有关集合操作的静态多态方法。此类不能实例化，就像一个工具类，用于对集合中元素进行排序、搜索以及线程安全等各种操作，服务于Java的Collection框架。

它类似于stl中的sort，remove等。

比较器

java的比较器有两类，分别是Comparable接口和Comparator接口。

在为对象数组进行排序时，比较器的作用非常明显。

区别是Comparable被比较对象本身implements，添加方法。这个类似于c++类内部重载操作符’<’

Comparator需要实现一个比较类。这个类似于c++类外部实现比较函数或者仿函数。

总结

我们在学习使用java的类库时，不仅仅要学会使用，还要知其所以然。另一方面要有开阔的眼界，写出好看的代码。比如，排序，用系统提供的接口，而不是自己实现。尽量使用lambda代替匿名内部类等。接下来第二讲将是Collection框架中的List接口。