黑马程序员-集合框架(List和Set)

一、概述

集合是一种可变数据项的容器，具有统一的父类接口Collection<E>（Map并没有继承之），与其子集合的关系如下 图，集合的特点是长度可变，可以存储多种类型的对象（不加泛型时）。这也是与数组的两点最大的不同。
java集合类关系图

Collection最为根接口，List、Set、Queue接口均直接继承自它，Map接口虽然不是直接继承自Collection，但是接口中使用到了Collection，即Map的数据也是使用Collection存储的。

研究集合必不可少的是先研究Collection接口的内容，先从接口名字定义开始说起public interface Collection<E> extends Iterable<E>，这是集合的根接口，<E>是JDK1.5开始的泛型，其功能是提高安全性，增强针对性，具体介绍后面再说。Iterable<E>接口是迭代器，下面有具体介绍。Collection接口提供了一些集合的共性方法，如：

  • boolean add(E e)添加一条数据。
  • boolean addAll(Collection<? extends E> c)添加另一个集合内的元素。
  • void clear()清除所有数据。
  • boolean contains(Object o)是否包含指定数据。
  • Iterator<E> iterator()返回迭代器。
  • boolean remove(Object o)删除指定数据。
  • <T>T[] toArray(T[] a)返回数据的数组形式等等。
  • boolean retainAll(Collection<?> c)取与集合c的交集。
  • boolean removeAll(Collection<?> c)取与集合c的差集。

二、迭代器

一种集合的取出方式，用于集合的数据的遍历等。不同容器的数据结构不同，所以取出的动作实现不同，具体的取出动作定义在每个容器的内部，这样取出方式就可以直接访问集合内部元素，取出方式就被定义成了内部类。但是都有共性内容判断和取出，共性抽取便形成了Iterator接口（迭代器）。

迭代器的使用示例（暂时不考虑泛型）：

ArrayList alist = new ArrayList();
alist.add("java01");
alist.add("java02");
alist.add("java03");
alist.add("java04");
for(Iterator it = alist.iterator(); it.hasNext(); ) {
    System.out.println(it.next());
}

三、List

List为Collection的常见子接口之一，元素有序，可以重复，有索引。

List有些特有的方法，和下标相关的一些方法，如：

- 增：add(index, element)指定位置添加元素，addAll(index, Collection)指定位置添加一个集合的元素。

- 删：remove(index)删除指定为的元素。

- 改：set(index, element)修改指定位置的元素。

- 查：get(index)获取指定位置的元素，subList(from, to)获取[from, to)段的子List，listIterator()获取List特有的迭代器，indexOf(E)获取对象的位置。

ListIterator

ListIterator是Iterator的子接口，在迭代时不可以通过集合的操作对集合进行操作，会发生并发修改异常，但是Iterator的操作是有限的，如果想对元素进行添加和修改等，就需要用到其子接口ListIterator，该接口只能通过List的listIterator()方法获取，示例代码如下：

ArrayList alist = new ArrayList();
alist.add("java01");
alist.add("java02");
alist.add("java03");
alist.add("java04");
for(ListIterator it = alist.listIterator(); it.hasNext(); ) {
    System.out.println(it.next());
    it.add("java");
}
System.out.println(alist);

//输出结果是
java01
java02
java03
java04
[java01, java, java02, java, java03, java, java04, java]

通过上面可以看到，ListIterator在获取之后其遍历的内容就已经确定下来了。 ListIterator还有逆向遍历功能。

ArrayList alist = new ArrayList();
alist.add("java01");
alist.add("java02");
alist.add("java03");
alist.add("java04");
ListIterator it = alist.listIterator();
while(it.hasNext()) {
    System.out.println(it.next());
}
while(it.hasPrevious()) {
    System.out.println(it.previous());
}
// 输出的结果是
java01
java02
java03
java04
java04
java03
java02
java01

List中具体对象特点

List有三个具体的子类，分别是ArrayList、LinkedList和Vector。三者的特点与不同如下：

  • ArrayList：底层数据结构为数组结构，线程非同步，查询速度快，增删速度慢，效率比Vector高，最早出现在JDK1.2版本。初始长度默认为10，空间不足时50%延长。
  • LinkedList：底层数据结构为链表结构，线程非同步，查询速度慢，增删速度快，最早出现在JDK1.2版本。
  • Vector：底层数据结构是数组结构，线程同步，与ArrayList有相同的功能，已被ArrayList代替，最早出现在JDK1.0版本。默认长度为10，空间不足时100%延长。

Vector的特点

Vector的特有的一点就是，Vector的枚举（Vector的特有取出方式），和迭代器类似，名为Enumeration，ArrayList中没有此功能，但是由于方法名过长，且没有移除功能，已被Iterator代替，所以一般优先考虑使用Iterator，示例代码如下：

Vector v = new Vector();
v.add("java01");
v.add("java02");
v.add("java03");
Enumeration en = v.elements();
while(en.hasMoreElements()) {
    System.out.println(en.nextElement());
}
// 输出结果为
java01
java02
java03

LinkedList

LinkedList的特有方法：addFirst(E e)、addLast(E e)添加到头部或者尾部、getFirst()、getLast()获取头部元素或者尾部元素、removeFirst()、removeLast()删除头部元素或者尾部元素，并返回删除的元素，没有会报NoSuchElementException，这些是LinkedList所特有的方法。JDK1.6版本名称发生了变化，分别变成了offerFirst(E e)，offerLast(E e)，peekFirst()，peekLast()，pollFirst()，pollLast()，没有会返回null。

LinkedList练习，模拟队列进行添加和取出动作。示例代码如下：

import java.util.*;
class MyQueue {
    private LinkedList link;
    MyQueue() {
        link = new LinkedList();
    }

    public void myAdd(Object obj) {
        link.addFirst(obj);
    }

    public Object myGet() {
        return link.removeFirst();
    }

    public boolean isNull() {
        return link.isEmpty();
    }
}

class LinkedListTest {
    public static void main(String[] args) {
        MyQueue q = new MyQueue();
        q.myAdd("java01");
        q.myAdd("java02");
        q.myAdd("java03");
        q.myAdd("java04");

        while(!q.isNull()) {
            System.out.println(q.myGet());
        }
    }
}

ArrayList

ArrayList练习，去除ArrayList中的重复项。代码示例如下：

import java.util.*;
class ArrayListTest {

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList list = new ArrayList();

        list.add("java01");
        list.add("java02");
        list.add("java01");
        list.add("java02");
        list.add("java01");
        list.add("java03");

        // 去除重复前
        System.out.println(list);
        list = singleElement(list);
        // 去除重复后
        System.out.println(list);
    }

    public static ArrayList singleElement(ArrayList list) {
        //定义一个临时容器。
        ArrayList newList = new ArrayList();
        // 获取迭代器
        Iterator it = list.iterator();
        while(it.hasNext()) {
            Object obj = it.next();
            if(!newList.contains(obj)) {
                newList.add(obj);
            }
        }
        return newList;
    }
}

ArrayList练习，自定义类添加至ArrayList，需要覆盖自定义类的equals方法。

import java.util.*;
class Person {
    private String name;
    private int age;
    Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    // 覆盖equals方法
    public boolean equals(Object obj) {

        if(!(obj instanceof Person))
            return false;

        Person p = (Person)obj;
        return this.name.equals(p.name) && this.age == p.age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public String toString() {
        return "Name:" + this.name + " Age:" + this.age;
    }
}

class ArrayListTest {

    public static void main(String[] args) {
        ArrayList list= new ArrayList();
        list.add(new Person("lisi01",30));
        list.add(new Person("lisi02",32));
        list.add(new Person("lisi02",32));
        list.add(new Person("lisi04",35));
        list.add(new Person("lisi03",33));
        list.add(new Person("lisi04",35));

        System.out.println(list);
        list = singleElement(list);
        System.out.println(list);
    }

    public static ArrayList singleElement(ArrayList al) {
        // 定义一个临时容器。
        ArrayList newList = new ArrayList();
        // 取出迭代器
        Iterator it = al.iterator();
        while(it.hasNext()) {
            Object obj = it.next();
            if(!newList.contains(obj))
                newList.add(obj);
        }
        return newList;
    }
}

四、Set

元素无序（存入与取出的顺序不一致），元素不可重复。有两个主要子类：HashSet和TreeSet。

  • HashSet：底层数据结构为哈希表。
  • TreeSet：底层数据结构为二叉树。

HashSet

根据hashCode()和equals()方法进行存储。add时，如果是第一次添加返回true（添加成功），否则返回false（添加失败）。示例代码如下：

import java.util.*;
class HashSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet hs = new HashSet();
        // 第一次添加java01返回true
        System.out.println(hs.add("java01"));
        // 第二次添加java01返回false
        System.out.println(hs.add("java01"));
        hs.add("java02");
        hs.add("java03");
        hs.add("java03");
        hs.add("java04");
        // 遍历集合
        Iterator it = hs.iterator();
        while(it.hasNext()) {
            System.out.println(it.next());
        }
    }
}

HashSet存储自定义对象，自定义对象需要覆盖hashCode和equals方法，当hashCode值相同、equals返回真时，认为是同一个对象。添加时，当hashCode值不同时，不会调用equals比较，当hashCode的值相同时，才会调用equals方法比较两个对象。示例代码如下：

import java.util.*;
/**
 *姓名和年龄相同认为是同一个人
 */
class Person {
    private String name;
    private int age;
    Person(String name,int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public int hashCode() {
        System.out.println(this.name+"....hashCode");
        return name.hashCode() + age*37;
    }

    public boolean equals(Object obj) {
        if(!(obj instanceof Person))
            return false;
        Person p = (Person)obj;
        System.out.println(this.name+"...equals.."+p.name);
        return this.name.equals(p.name) && this.age == p.age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }
}

class HashSetTest {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet hs = new HashSet();
        hs.add(new Person("a1",11));
        hs.add(new Person("a2",12));
        hs.add(new Person("a3",13));
        // 添加一个相同的人
        hs.add(new Person("a2",12));
        hs.add(new Person("a4",14));

        // 遍历集合中的人
        Iterator it = hs.iterator();
        while(it.hasNext()) {
            Person p = (Person)it.next();
            System.out.println(p.getName()+"::"+p.getAge());
        }
    }
}
// 运行结果为
a1....hashCode
a2....hashCode
a3....hashCode
a2....hashCode
a2...equals..a2
a4....hashCode
a3::13
a1::11
a4::14
a2::12

从上面代码运行的结果可以看出，当添加new Person("a2",12)时，因为集合中已经有这个人了，所以hashCode的返回值已经存在，因此便会调用equals方法判断，最终结果还是此人已存在，所以最总集合中只有4个人。

HashSet的判断和删除依据，可以看到判读元素是否存在和删除元素都是首先根据hashCode值，然后再通过equals判断是否相同。

import java.util.*;
/**
 *姓名和年龄相同认为是同一个人
 */
class Person {
    private String name;
    private int age;
    Person(String name,int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    /**
     *统一返回1作为哈希值
     */
    public int hashCode() {
        System.out.println("hashCode");
        return 1;
    }

    /**
     * 姓名和年龄相同认为是同一个人
     */
    public boolean equals(Object obj) {
        if(!(obj instanceof Person))
            return false;
        Person p = (Person)obj;
        System.out.println(this.name+"...equals.."+p.name);
        return this.name.equals(p.name) && this.age == p.age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }
}

class HashSetTest {
    public static void main(String[] args) {
        HashSet hs = new HashSet();
        hs.add(new Person("a1",11));
        hs.add(new Person("a2",12));
        hs.add(new Person("a3",13));
        // 添加一个相同的人
        hs.add(new Person("a2",12));
        hs.add(new Person("a4",14));
        System.out.println("--------");

        // 判断是否存在元素
        hs.contains(new Person("a4", 14));
        System.out.println("--------");

        // 删除指定元素
        hs.remove(new Person("a1", 11));
    }
}
// 运行结果为
hashCode
hashCode
a2...equals..a1
hashCode
a3...equals..a1
a3...equals..a2
hashCode
a2...equals..a1
a2...equals..a2
hashCode
a4...equals..a1
a4...equals..a2
a4...equals..a3
--------
hashCode
a4...equals..a1
a4...equals..a2
a4...equals..a3
a4...equals..a4
--------
hashCode
a1...equals..a1

TreeSet

可以对集合中的元素进行排序。底层数据结构为二叉树，中序遍历便是TreeSet的顺序。示例代码如下：

import java.util.*;
class TreeSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet ts = new TreeSet();
        ts.add("asdas");
        ts.add("abc");
        ts.add("beds");
        ts.add("abd");
        Iterator it = ts.iterator();
        while(it.hasNext()) {
            System.out.println(it.next());
        }
    }
}
// 运行结果为
abc
abd
asdas
beds

对于自定义对象的排序，一般有两种做法，一是自定义对象自己实现Comparable接口，二是集合提供比较器(Comparator接口)。

自定义对象实现Comparable接口，示例代码如下：

import java.util.*;

class Student implements Comparable {
    private String name;
    private int age;

    Student(String name,int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    /**
     *比较结果又三种，负数表示小于，0表示等于，正数表示大于
     */
    public int compareTo(Object obj) {
        if(!(obj instanceof Student))
            throw new RuntimeException("不是学生对象");
        Student s = (Student)obj;
        System.out.println(this.name+"....compareto....."+s.name);
        if(this.age>s.age)
            return 1;
        if(this.age==s.age) {
            // String类已经实现了Comparable接口
            return this.name.compareTo(s.name);
        }
        return -1;
    }

    public String getName() {
        return name;

    }

    public int getAge() {
        return age;
    }
}

class TreeSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet ts = new TreeSet();
        ts.add(new Student("lisi02",22));
        ts.add(new Student("lisi007",20));
        ts.add(new Student("lisi09",19));
        ts.add(new Student("lisi08",19));
        ts.add(new Student("lisi007",20));
        ts.add(new Student("lisi01",40));

        // 遍历集合
        Iterator it = ts.iterator();
        while(it.hasNext()) {
            Student stu = (Student)it.next();
            System.out.println(stu.getName()+"..."+stu.getAge());
        }
    }
}

集合提供比较器(Comparator接口)的比较方式，用于元素不具备比较性或者具备的比较性不是用户所需要的时。示例代码如下：

import java.util.*;
class Student implements Comparable {
    private String name;
    private int age;

    Student(String name,int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    /**
     *比较结果又三种，负数表示小于，0表示等于，正数表示大于
     */
    public int compareTo(Object obj) {
        if(!(obj instanceof Student))
            throw new RuntimeException("不是学生对象");
        Student s = (Student)obj;
        System.out.println(this.name+"....compareto....."+s.name);
        if(this.age>s.age)
            return 1;
        if(this.age==s.age) {
            return this.name.compareTo(s.name);
        }
        return -1;
    }

    public String getName() {
        return name;

    }

    public int getAge() {
        return age;
    }
}

class TreeSetDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet ts = new TreeSet(new MyCompare());

        ts.add(new Student("lisi02",22));
        ts.add(new Student("lisi02",21));
        ts.add(new Student("lisi007",20));
        ts.add(new Student("lisi09",19));
        ts.add(new Student("lisi06",18));
        ts.add(new Student("lisi06",18));
        ts.add(new Student("lisi007",29));
        ts.add(new Student("lisi007",20));
        ts.add(new Student("lisi01",40));

        Iterator it = ts.iterator();
        while(it.hasNext()) {
            Student stu = (Student)it.next();
            System.out.println(stu.getName()+"..."+stu.getAge());
        }
    }
}

class MyCompare implements Comparator {
    public int compare(Object o1,Object o2) {
        Student s1 = (Student)o1;
        Student s2 = (Student)o2;
        // 姓名比较优先
        int num = s1.getName().compareTo(s2.getName());
        if(num==0) {
            // 姓名相同时，年龄小的在前
            return new Integer(s1.getAge()).compareTo(new Integer(s2.getAge()));
        }

        return num;
    }
}

五、泛型

泛型的出现解决了类型不同的安全问题，JDK1.5版本开始出现的。具体做法就是在集合定义时指明数据类型，如ArrayList<String> list= new ArrayList<String>()，这样一来如果向list中添加非String类型对象时，就会在编译时期提示ClassCastException异常。示例代码如下：

import java.util.*;
class GenericDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("abc01");
        list.add("abc0991");
        list.add("abc014");

        // Iterator也有对应的泛型
        Iterator<String> it = al.iterator();
        while(it.hasNext()) {
            System.out.println(s+":"+s.length());
        }
    }
}

自定义类中使用泛型的概念。试用于用数据类型不确定时，示例代码如下：

class Worker {

}
class Student {

}

/**
 *泛型类，使用与引用数据类型不确定时。
 */
class Utils<Q> {
    private Q q;
    public void setObject(Q q) {
        this.q = q;
    }

    public Q getObject() {
        return q;
    }
}
class  GenericDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Utils<Worker> u = new Utils<Worker>();
        u.setObject(new Worker());
        Worker w = u.getObject();;
    }
}

泛型定义在方法上，示例代码如下：

class Demo {
    public <T> void show(T t) {
        System.out.println("show:"+t);
    }

    public <Q> void print(Q q) {
        System.out.println("print:"+q);
    }

    /**
     * 静态方法不可以访问类上的泛型，可使用静态泛型方法，注意：泛型标识<E>需放在返回值前。
     */
    public static <E> void printf(E e) {
        System.out.println("printf:"+e);
    }
}
class GenericDemo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Demo demo = new Demo();
        demo.show("Hi");
        demo.print("Hello");
        Demo.printf(5);
    }
}
//执行结果为
show:Hi
print:Hello
show:5

泛型限定

一般有三种情况，

  • <?>：?为通配符。
  • <? extends E>：E和E的子类，称为上限。
  • <? super E>：E和E的父类，称为下限。

如对所有类型的ArrayList进行遍历输出，示例代码如下：

public static void print(ArrayList<?> list) {
    Iterator<?> it = list.iterator();
    while(it.hasNext()) {
        System.out.println(it.next().toString());
    }
}

对Person或者Person的子类Student进行遍历并输出，示例代码如下：

public static void print(ArrayList<? extends Person> list) {
    Iterator<? extends Person> it = list.iterator();
    while(it.hasNext()) {
        System.out.println(it.next().getName());
    }
}

对于<? super E>并不常用，举一个TreeSet里的例子，TreeSet(Comparator<? super E> comparator)，使用父类的比较器进行子类的比较。示例代码如下：

import java.util.*;
class Person {
    private String name;
    Person(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public String toString() {
        return "Person :"+name;
    }
}

class Student extends Person {
    Student(String name) {
        super(name);
    }
}

class Worker extends Person {
    Worker(String name) {
        super(name);
    }
}

/**
 * 定义使用与Person的比较器
 */
class Comp implements Comparator<Person> {
    public int compare(Person p1,Person p2) {
        // 倒序
        return p2.getName().compareTo(p1.getName());
    }
}

class GenericDemo {
    public static void main(String[] args) {

        // 使用使用父类的比较器进行比较
        TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>(new Comp());
        ts.add(new Student("abc03"));
        ts.add(new Student("abc02"));
        ts.add(new Student("abc06"));
        ts.add(new Student("abc01"));
        Iterator<Student> it = ts.iterator();
        while(it.hasNext()) {
            System.out.println(it.next().getName());
        }

        // 使用使用父类的比较器进行比较
        TreeSet<Worker> ts1 = new TreeSet<Worker>(new Comp());
        ts1.add(new Worker("wabc--03"));
        ts1.add(new Worker("wabc--02"));
        ts1.add(new Worker("wabc--06"));
        ts1.add(new Worker("wabc--01"));
        Iterator<Worker> it1 = ts1.iterator();
        while(it1.hasNext()) {
            System.out.println(it1.next().getName());
        }
    }
}
// 执行结果为
abc06
abc03
abc02
abc01
wabc--06
wabc--03
wabc--02
wabc--01
时间： 2024-08-27 20:42:35

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