21天學通java第19章集合框架

1、第19章 集合框架在日常生活中，放衣服就是一門學問，是把襯衫和褲子等衣服都放在一個盒子中呢，還是每一件衣服放在一個盒子中呢，讀者都知道這兩種做法都是不好的，通常都是將一類衣服放在一起。同樣，在Java中也提供了這樣的功能，那就是集合框架。在前面已經(jīng)學習了數(shù)組，集合框架也是和數(shù)組一樣來保存一組數(shù)據(jù)。集合框架主要包括列表、集合和映射。通過本章的學習，讀者應該完成如下幾個目標。了解什么是集合框架和集合框架包括哪些形式。掌握什么是列表和列表中包括哪些類和接口。掌握什么是集合和集合中包括哪些類和接口。掌握什么是映射和映射中包括哪些類和接口。19.1 集合框架總論集合是某一類對象的通稱呼，這類對象代表以某

2、種方式組合到一起的一組對象；它是將多個元素組合為一個單元的對象，用于存儲，檢索，操縱和傳遞數(shù)據(jù)。而對象的集合時，指的是對象引用的集合而不是對象的集合，在Java集合中只存儲引用，對象在集合之外。集合框架提供用于管理對象集合的接口和類，它包括接口，實現(xiàn)和算法。19.1.1 什么是集合框架集合框架是Java提供的一些可以定義一個對象，該對象由其他的對象組成（如常見的向量（Vector）類）。集合框架是一個統(tǒng)一的可以代表及操作集合，并能對這些集合獨立的進行操作的一些結構。集合框架的主要優(yōu)點在于提高了編碼效率、性能和復用性。Java集合框架提供了有效的數(shù)據(jù)結構及算法，因此程序員不需要自己去編寫實現(xiàn)這些

3、功能。Java集合框架提供了高性能的數(shù)據(jù)結構及算法的實現(xiàn)。因為對各個接口的實現(xiàn)是可以互換的，因此程序很容易可以換接口。提高了Z軟件的復用性：軟件可以提供標準的集合框架的接口對其進行操作。Java集合框架主要由一組用來操作對象的接口組成。不同接口描述一組不同數(shù)據(jù)類型。在這些接口中Collection接口是層次結構中的根接口。在Collection接口中具有開發(fā)中經(jīng)常用使用到的set接口、list接口和map接口。19.1.2 Collection接口在上一小節(jié)中已經(jīng)知道，Collection接口是集合繼承樹中最頂層的接口，該接口聲明了集合中常用到的一些通用方法，在表中給出了這些方法。19.2 列

4、表List列表作為集合中的一種，其主要特點在于其中的元素保持一定的順序，并且元素是可以重復的。在本小節(jié)將具體講解List的使用及其實現(xiàn)類（如ArrayList、LinkedList）的使用。List接口繼承自Collection接口，代表列表的功能（角色），其中的元素可以按索引的順序訪問，所以也可以稱之為有索引的Collection。實現(xiàn)該接口的類均屬于Ordered類型，具有列表的功能，其元素順序均是按添加（索引）的先后進行排列的。19.2.1 List列表接口除了繼承了Collection聲明的方法外，List接口在iterator、add、remove、equals和hashCode方法

5、的基礎上加了一些其他約定，超過了Collection接口中指定的約定。同時，List比Collection多了10個方法，這些方法可以分為訪問方法、迭代器方法、搜索方法和插入、刪除方法。List接口聲明了3種對列表元素進行定位（索引）訪問方法：Object get(int index)：參數(shù)index表示將要需要得到元素的索引。該方法將返回此列表中指定index位置上的元素。List subList（int fromIndex, int toIndex）：參數(shù)fromIndex為指定的起始索引，參數(shù)toIndex為指定的結束索引，該方法將返回一個新的列表，這個新的列表將包含原來列表中從指定的起

6、始索引到指定的結束索引并且不包含結束索引的元素。Object toArray()：該方法將類表轉換成一個Object類型的對象數(shù)組，該數(shù)組用元素的順序與列表中元素的順序相同，并將該數(shù)組返回。List接口聲明了特殊的迭代器，稱為ListIterator，除了允許Iterator接口提供的正常操作外，該迭代器還允許元素插入和替換，以及雙向訪問。還提供了一個方法來獲取從列表中指定位置開始的列表迭代器。List接口提供了對ListIterator的獲取的兩種方法，分別是listIterator方法和listIterator(int index)方法。 List接口聲明了兩種搜索指定對象的方法。從性能的

7、觀點來看，應該小心使用這些方法。在很多實現(xiàn)中，這些方法將執(zhí)行高開銷的線性搜索。List接口對其聲明如下：int indexOf（Object o）：參數(shù)o為指定查找的元素，該方法將遍歷整個列表查找指定元素o，若列表中存在，則返回第一個找到的元素的索引，若列表中不存在，則返回負數(shù)。int lastIndexOf（Object o）：參數(shù)o為指定查找的元素，該方法將遍歷整個列表查找指定元素o，若列表中存在，則返回最后一個找到的元素的索引，若列表中不存在，則返回負數(shù)。List接口聲明了兩種在列表的任意位置高效插入和刪除元素的方法。Object set（int index,Object element

8、）：參數(shù)index表示需要替換元素的索引。參數(shù)o表示將要替換為的元素。該方法操作成功后將返回替換掉的元素。Object remove（int index）：參數(shù)index為將要移除元素的索引。返回從列表中移除的元素。該方法操作后所有后續(xù)元素均向前移動，即列表中間不能有空位。boolean remove（Object o）方法：參數(shù)o為指定的需要移除的元素。若列表包含一個或多個與指定o相同的元素，則移除該元素，并返回 true，否則返回false。boolean removeAll（Collection c）方法：參數(shù)c為包含指定需要移除元素的Collection，該方法將列表中有的并且c中有的

9、元素從set中移除，若有元素被移除set則返回true，否則返回false。boolean retainAll（Collection c）方法：參數(shù)c為包含指定需要保留元素的Collection，該方法將列表中有的并且c中沒有的元素從set中移除，若有元素被移除set則返回true，否則返回false。java.util.List的幾種實現(xiàn)中，有三種最為常用的實現(xiàn)類，這三個類分別是Vector類、ArrayList類和LinkedList類。接下來將逐個介紹。19.2.2 Vector類Vector類也稱為向量，從Java一誕生就有，后來被作為集合框架的一部分，其性能特點與ArrayList基

10、本上是相同的。不同之處是該類的功能方法是同步的，同一時刻只能有一個線程訪問，沒有特殊需要，現(xiàn)在一般都使用ArrayList，ArrayList會在下一小節(jié)中講解。Vector提供了用于增加元素的方法，方法如下所述。public void addElement（Object obj）方法：該方法是將指定的組件添加到該向量的末尾，并將其大小增加1。如果向量的大小比容量大，則增大其容量。public void addElement（int index,Object obj）方法：該方法在該向量的指定位置index插入指定的元素obj。并將當前位于該位置的元素及所有后續(xù)元素右移（即將元素索引加1）。如

11、果索引超出范圍（即indexsize()），則程序拋出ArrayIndexOutOfBoundsException異常。public void insertElementAt（Object obj,int index）方法：該方法將指定對象作為此向量中的組件插入到指定的index處。19.2.3 ArrayList類本小節(jié)主要向讀者介紹ArrayList類，其是List接口最常用的實現(xiàn)之一，可以向其中添加包括null值在內(nèi)的所有對象引用型的元素，甚至該類對象引用自己也可以作為其中的元素，這樣便可以方便的搭建一個樹狀結構的集合。ArrayList有三種構造方法，方法如下所示：public Arr

12、ayList()方法：該構造器將構造一個空的ArrayList對象。該對象的初始容量為10。public ArrayList(int initialCapacity)方法：參數(shù)initialCapacity表示指定的初始容量，該構造器將構造一個具有指定容量的空ArrayList對象。public ArrayList(Collection c)方法：參數(shù)c為包含指定元素的Collection。該構造器將構造一個以c中的元素為初始內(nèi)容的ArrayList對象。ArrayList類和Vector類一樣，同樣也具有很多的方法，這里不可能為每一種方法都給出程序。 public boolean add(O

13、bject o)該方法將指定的元素o追加到此列表的末尾public void add(int index,Object o)該方法將指定的元素o插入此列表中的指定index索引位置public boolean addAll(Collection c)該方法將對象c中的所有元素追加到此列表的末尾public boolean addAll(int index,Collection c)該方法將參數(shù)c中的所有元素從指定的index索引位置開始插入到此列表中public void clear()該方法刪除列表對象中的所有元素public Object clone()該方法返回此ArrayList對象的

14、復制對象，返回為Object對象public boolean contains(Object elem)該方法用于判斷此列表中是否包含指定的元素elem，如果包含則返回truepublic void ensureCapacity (int minCapacity)該方法用于增加此ArrayList對象的容量，以確保它至少能夠容納最小容量參數(shù)所指定的元素數(shù)public E get(int index)該方法返回此列表對象中指定索引index位置上的元素public int indexOf(Object elem)該方法將返回給定參數(shù)elem元素第一次出現(xiàn)的位置public boolean isE

15、mpty()該方法將判斷此列表中是否沒有元素public int lastIndexOf(Object elem)該方法返回指定的對象elem元素在列表中最后一次出現(xiàn)的位置索引public Object remove(int index)該方法刪除此列表中指定位置index上的元素public boolean remove(Object o)該方法從此該列表中刪除指定元素oprotected void removeRange(int fromIndex,int toIndex)該方法刪除列表中索引在fromIndex和toIndex之間的所有元素。包括fromIndex，不包括toIndexp

16、ublic Object set(int index,Object o)該方法用指定的元素替代此列表中指定位置上的元素public int size()該方法返回此列表中的元素數(shù)public Object toArray()該方法返回一個此列表中所有元素的數(shù)組public T toArray(T a)該方法返回一個此列表中所有元素的數(shù)組，返回的數(shù)組存在在參數(shù)a中public void trimToSize()該方法將此ArrayList實例的容量調(diào)整為列表的當前大小ArrayList類中提供了可以刪除其中元素的方法，其方法聲明及使用說明如下所示。public E remove（int inde

17、x）方法：該方法刪除列表中參數(shù)指定位置index上的元素。向左移動所有后續(xù)元素，即將其索引減1。其中參數(shù)index為要刪除元素的索引。public boolean remove（Object o）方法：該方法刪除列表指定元素o。如果列表中包含指定的元素，則返回true，否則為false。public void clear()方法：該方法刪除列表中所有的元素。調(diào)用這個方法后，列表為空。19.2.4 LinkedList類本小節(jié)主要介紹LinkedList類，其功能與ArrayList、Vector相同，都是列表（List）的實現(xiàn)。其內(nèi)部是依賴雙鏈表來實現(xiàn)的，因此具有很好的插入刪除性能，但隨機訪問

18、元素的性能相對較差，適合用在插入、刪除多，元素隨機訪問少的場合。表列出了LinkedList類的幾個構造器。LinkedList類中同樣具有很多方法。在前面學習Vector類和ArrayList類時，已經(jīng)使用添加和刪除方法進行了舉例，這里就類使用LinkedList類中提供了獲取或修改某個位置的元素方法來舉例。獲取和刪除方法包括如下幾個方法。public E element()方法：該方法找到但不刪除此列表的頭（即第一個元素），這個方法是實現(xiàn)了接口Queue中的同名方法。public E get（int index）方法：該方法返回此列表中指定位置index處的元素。如果指定的索引超出范圍（i

19、ndex=size()），則程序拋出IndexOutOfBounds Exception異常。public E getFirst()方法：該方法返回此列表的第一個元素。如果此列表為空，則程序拋出NoSuchElementException異常。public E getLast()：該方法返回此列表的最后一個元素。如果此列表為空，則程序拋出NoSuchElementException異常。public int indexOf（Object o）方法：該方法返回此列表中元素o的索引，需要注意的是，如果包含多個o，則返回為第一次出現(xiàn)的索引值。如果列表中不包含此元素，則返回-1。這個方法是覆蓋其父類A

20、bstractList中的indexOf方法。其中參數(shù)o為要搜索的元素。public int lastIndexOf（Object o）方法：該方法返回此列表中最后出現(xiàn)的指定元素的索引，如果列表中不包含此元素，則返回-1。參數(shù)o為要搜索的元素。public E peek()方法：該方法找到但不刪除此列表的頭，即第一個元素。如果此隊列為空，則返回null。public E poll()方法：該方法找到并刪除此列表的頭，即第一個元素。如果此隊列為空，則返回null。public E set（int index,E element）方法：該方法將此列表中指定位置的元素替換為指定的元素。其中參數(shù)ind

21、ex為要替換的元素的索引，element為要在指定位置存儲的元素。 19.3 集合Set集合是一種不包含重復元素的Collection，即任意的兩個元素e1和e2比較，結果都不相等。注意：Set的構造函數(shù)有一個約束條件，傳入的Collection參數(shù)不能包含重復的元素。必須小心操作可變對象（Mutable Object）。如果一個Set中的可變元素改變了自身狀態(tài)，Object.equals(Object)=true會發(fā)生一些問題。19.3.1 Set接口Set接口與List接口最大的區(qū)別在于：Set中沒有重復的元素。Set是非常簡單的集合，Set中的對象沒有特定順序。Sorted接口具有排序的

22、功能，TreeSet類則是實現(xiàn)了該接口；HashSet類使用哈希算法存取集合中的元素，存取速度比較快。Set接口聲明如下所示：public interface Setextends Collection提示：Set接口與List接口最大的區(qū)別在于：Set中沒有重復的元素。19.3.2 SortedSet接口SortedSet繼承自Set接口，所以該接口不但具有Set的所有功能，而且是一個Sorted類型的Set。也就是說，實現(xiàn)該接口的類將按元素的天然順序自動排序，不管插入的順序是什么，其總會按照元素的天然順序進行遍歷。表列出了該接口中的常用方法。19.3.3 TreeSet類TreeSet類是

23、實現(xiàn)了接口SortedSet的類，已知SortedSet提供了集合元素的順序存儲，其中元素保持升序排列。此類保證排序后的set按照升序排列元素，根據(jù)使用的構造方法不同，可能會按照元素的自然順序進行排序。TreeSet類提供了四種構造方法，這些方法聲明及使用描述如下所示：TreeSet()方法：該構造器將構造一個空的TreeSet對象。TreeSet(Collection c)方法：參數(shù)c為包含指定元素的Collection。該構造器將構造一個以c中的元素為初始內(nèi)容的TreeSet對象。TreeSet(Comparator c)方法：參數(shù)c為指定的比較器，該構造器將構造具有指定比較器的空Tree

24、Set對象。TreeSet(SortedSet s)方法：參數(shù)s為包含指定元素的SortedSet。該構造器將構造一個以s中的元素為初始內(nèi)容的TreeSet對象。19.3.4 HashSet類HashSet類是Set接口最常用的實現(xiàn)之一，其既不是Ordered的也不是Sorted的，元素在其中存儲不保證任何順序。實際上，HashSet存儲對象引用時是按照哈希策略來實現(xiàn)的。另外，可以向HashSet中添加null值，但只能添加一次。表列出了HashSet類的幾個構造器。19.4 映射Map（映射）是一個存儲關鍵字和值的關聯(lián)或者說是關鍵字/值對的集合。給定一個關鍵字，可以得到其相應的值。關鍵字和值

25、都是對象。關鍵字必須是惟一的。但值是可以被復制的。而一個值對象可以是另一個Map，依次類推，這樣就可形成一個多級映射。對于鍵對象來說，像Set一樣，一個Map容器中的鍵對象不允許重復，這是為了保持查找結果的一致性。19.4.1 Map接口Map也可以稱之為鍵/值集合，因為在實現(xiàn)了該接口的集合中，元素都是成對出現(xiàn)的，一個稱之為鍵，另一個稱之為值。鍵和值都是對象，鍵對象用來在Map中惟一的標識一個值對象。鍵對象在Map中不能重復出現(xiàn)，就像Set中的元素不能重復一樣。注意：與Collection系列的集合一樣，系統(tǒng)并不真正把對象放到Map中，Map中存放的只是鍵和值對象的引用。19.4.2 Hash

26、Map類HashMap類是基于哈希表的Map接口的實現(xiàn)。該類提供所有可選的映射操作，并允許使用null值和null鍵。但是此類不保證映射的順序。HashMap的實例有兩個參數(shù)影響其性能：初始容量和加載因子。容量是哈希表中桶的數(shù)量，初始容量只是哈希表在創(chuàng)建時的容量。加載因子是哈希表在其容量自動增加之前可以達到多滿的一種尺度。當哈希表中的條目數(shù)超出了加載因子與當前容量的乘積時，通過調(diào)用rehash方法將容量翻倍。HashMap類聲明如下所示：public class HashMapextends AbstractMapimplements Map, Cloneable, SerializableH

27、ashMap類可為基本操作（get和put）提供穩(wěn)定的性能。迭代該集合視圖所需的時間與HashMap實例的“容量”（桶的數(shù)量）及其大小（鍵-值映射關系數(shù)）之和成比例。所以，如果迭代性能很重要，則不要將初始容量設置得太高，或?qū)⒓虞d因子設置得太低。19.4.3 TreeMap類TreeMap類是SortedMap接口的基于紅黑樹的實現(xiàn)（紅黑樹是一種特定類型的二叉樹，是一種自平衡二叉查找樹，讀者可以查閱相關資料）。此類保證了映射按照升序順序排列關鍵字，根據(jù)使用的構造方法不同，可能會按照鍵的類的自然順序進行排序（參見Comparable），或者按照創(chuàng)建時所提供的比較器進行排序。TreeMap類的聲明如下所示：public class TreeMapextends AbstractMapimplements SortedMap, Cloneable, Serializable19.6 綜合練習1.如何使用集合中的sort方法對集合中的元素進行排序？【提示】01import java.util.*;02public class LianXi10304 public static void main(String args)