Java入门——（6）集合

 

 关键词：Collection接口、Map接口、Iterator接口、泛型、Collections工具类、Arrays工具类

 

一、集合概述

     当数据多了需要存储，需要容器，而数据的个数不确定，无法使用数组，这时可以使用Java中另一个容器——集合，位于java.util 。 

 

   1、集合和数组的区别？

   ① 数组的长度是固定的。

       集合的长度是可变的。

   ②数组中存储的是同一类型的元素，可以存储基本数据类型值。

      集合存储的都是对象。而且对象的类型可以不一致。

 

   2、什么时候使用集合呢？

        当对象多的时候，先进行存储。 

   3、集合体系框架图

 

二、Collection接口

      Collection接口：单列集合类的根接口

      

      1、List接口：有序的，带索引的，通过索引就可以精确的操作集合中的元素，允许出现重复的元素。

                 使用List解决插入元素的问题，因为add方法追加。

                 List接口的特有方法，全部是围绕索引来定义的。

                 List获取元素的方式有两种：一种是迭代，一种是遍历+get方法。

                 List接口是支持对元素进行curd增删改查动作的。

             

   ①Vector:可以增长的数组结构。同步的。效率非常低，已被ArrayList替代。

   ②ArrayList:是数组结构，长度是可变的（原理创建新数组+复制数组），查询速度很快，增删较慢，不同步的。（应用广）。

  示例：

 1 public class Example01 {
 2     public static void main(String[] args) {
 3         ArrayList list = new ArrayList();  //创建ArrayList集合
 4         list.add("stu1");
 5         list.add("stu2");
 6         list.add("stu3");
 7         list.add("stu4");
 8         System.out.println("集合的长度："+list.size());//获得集合中元素的个数
 9         System.out.println("集合的第二个元素："+list.get(1));//取出并打印指定位置的元素
10     }
11 }

运行结果：

集合的长度：4
集合的第二个元素：stu2

   ③LinktedList:是链接结构，增删速度快，查询速度慢。可用于实现堆栈，队列。特有：围绕头和为展开定义的。

   堆栈：先进后出First in Last Out FILO 可以理解为手枪弹夹

   队列：先进先出First in First Out FILO 可以理解为排队买票

   常用方法示例：

 1 public class Example02 {
 2     public static void main(String[] args) {
 3         LinkedList link = new LinkedList();//创建LinkedList集合
 4         link.add("stu1");
 5         link.add("stu2");
 6         link.add("stu3");
 7         link.add("stu4");
 8         System.out.println(link.toString());//取出元素并打印该集合中的元素
 9         link.add(3,"Student"); //向该集合中的指定位置插入元素
10         link.addFirst("First");           //向该集合第一个位置插入元素
11         link.addLast("Last");             //向该集合第一个位置插入元素
12         System.out.println(link);
13         System.out.println(link.getFirst()); //取出该集合第一个元素
14         System.out.println(link.getLast()); //取出该集合最后一个个元素
15         link.remove(3);                //移除该集合中指定位置的元素
16         link.removeFirst();                  //移除该集合中第一个元素
17         link.removeLast();                  //移除该集合中最后一个个元素
18         System.out.println(link);
19     }
20 }

运行结果：

[stu1, stu2, stu3, stu4]
[First, stu1, stu2, stu3, Student, stu4, Last]
First
Last
[stu1, stu2, Student, stu4]

2、Iterator接口

集合的取出方式：

①创建集合对象

       Collection coll = new ArrayList();

②获取容器的迭代器对象，通过iterator方法；

       Iterator it = coll.iterator();

③使用具体的迭代器对象获取集合中的元素；

while (it.hasNext()){
    System.out.println(it.next());
}

      实际开发建议使用以下方法(随着迭代完成，迭代器随之变成垃圾被清除，可以减少所占内存)：

for（Iterator it = coll.iterator();it.hasNext();）{
     System.out.println(it.next());
} 

该迭代器无法再迭代的过程中修改数组元素，否则会发生并发修改异常（ConcurrentModificationException）。

3、foreach:

其实就是增强for循环，用于遍历Collection和数组通常只能遍历元素，不要在遍历的过程中做对集合元素的操作。

    格式：

for（元素数据类型 变量 ：collection集合or数组（））{执行语句}

和老式for循环的区别？

注意：新for循环必须有被遍历的目标。目标只能是Collection或者是数组。

建议：遍历数组时，如果仅为遍历，可以使用增强for，如果要对数组的元素进行操作，使用老式for循环可以通过角标操作。

   示例：

 1 public class Foreach {
 2     static String [] strs = {"aaa","bbb","ccc"};
 3     public static void main(String[] args) {
 4         //foreach循环遍历数组
 5         for(Object obj : strs){
 6             System.out.println(obj);
 7         }
 8             System.out.println("______________");
 9         //foreach循环遍历数组并修改（修改失败）
10         for (String str : strs){
11             str="ddd";
12         }
13         System.out.println("foreach循环修改后的数组："+strs[0]+","+strs[1]+","+strs[2]);
14         //for循环遍历数组
15         for(int i = 0;i<strs.length;i++){
16             strs[i]="ddd";
17         }
18         System.out.println("普通for循环修改后的数组："+strs[0]+","+strs[1]+","+strs[2]);
19     }
20 }

运行结果：

1 aaa
2 bbb
3 ccc
4 ______________
5 foreach循环修改后的数组：aaa,bbb,ccc
6 普通for循环修改后的数组：ddd,ddd,ddd

4、ListIterator迭代器

   Iterator的子类，该列表迭代只有List接口有，而且这个迭代器可以完成在迭代过程中的增删改查动作。

   

add方法示例：

 1 public class AddDemo {
 2     public static void main(String[] args) {
 3
 4         //在最前面添加
 5         List<String> list1 = new LinkedList<String>(Arrays.asList(
 6                 new String[] { "a", "b", "c" }));
 7         ListIterator<String> listIterator1 = list1.listIterator();
 8         listIterator1.add("D");
 9         listIterator1.add("E");
10         System.out.println(list1);//[D, E, a, b, c]
11         //在最后面添加
12         List<String> list2 = new LinkedList<String>(Arrays.asList(
13                 new String[] { "a", "b", "c" }));
14         ListIterator<String> listIterator2 = list2.listIterator();
15         while (listIterator2.hasNext()) {
16             listIterator2.next();
17         }
18         listIterator2.add("D");
19         listIterator2.add("E");
20         System.out.println(list2);//[a, b, c, D, E]
21         //在每个元素的前面和后面都添加
22         List<String> list3 = new LinkedList<String>(Arrays.asList(
23                 new String[] { "a", "b", "c" }));
24         ListIterator<String> listIterator3 = list3.listIterator();
25         while (listIterator3.hasNext()) {
26             listIterator3.add("前面");
27             listIterator3.next();
28             listIterator3.add("后面");
29         }
30         System.out.println(list3);//[前面, a, 后面, 前面, b, 后面, 前面, c, 后面]
31         //在指定元素的前面和后面添加
32         List<String> list4 = new LinkedList<String>(Arrays.asList(
33                 new String[] { "a", "b", "c" }));
34         ListIterator<String> listIterator4 = list4.listIterator();
35         while (listIterator4.hasNext()) {
36             if (listIterator4.next().equals("a")) {//现在指向的是a的后面
37                 listIterator4.previous();//先重新指向a的前面，这里不用担心NoSuchElementException
38                 listIterator4.add("前面");//在前面添加元素，添加后还是指向的a的前面
39                 listIterator4.next();//向后【再】移动一位，现在指向的是a的后面
40                 listIterator4.add("后面");//在a的后面添加元素
41             }
42         }
43         System.out.println(list4);//[前面, a, 后面, b, c]
44     }
45 }

remove方法示例：

 1 public class RemoveDemo {
 2     public static void main(String[] args) {
 3
 4 // 执行next()或previous()后不能先执行了 add()方法。
 5 // 因为add()方法执行以后，迭代器已经移动了，这样所要删除的目标元素指向不明，会报异常。
 6         //标准的做法：在next之后才能remove
 7         List<String> list2 = new LinkedList<String>(Arrays.asList(
 8                 new String[] { "b", "a", "b", "c", "b", }));
 9         ListIterator<String> listIterator2 = list2.listIterator();
10         while (listIterator2.hasNext()) {
11             if (listIterator2.next().equals("b")) {listIterator2.remove();}
12         }
13         System.out.println(list2);//[a, c]
14
15         //移除指定范围内的所有元素
16         List<String> list3 = new LinkedList<String>(Arrays.asList(
17                 new String[] { "a", "开始", "b", "c", "d", "结束", "e" }));
18         ListIterator<String> listIterator3 = list3.listIterator();
19         while (listIterator3.hasNext()) {
20             if (listIterator3.next().equals("开始")) {
21                 listIterator3.remove();//注释掉这行代码则不移除"开始"
22                 while (listIterator3.hasNext()) {
23                     if (!listIterator3.next().equals("结束")) {
24                         listIterator3.remove();//remove之后必须再调用next方法后才能再remove
25                     } else {
26                         listIterator3.remove();//注释掉这行代码则不移除"结束"
27                         break;//结束while循环
28                     }
29                 }
30             }
31         }
32         System.out.println(list3);//[a, e]
33         //替换指定元素
34         List<String> list5 = new LinkedList<String>(Arrays.asList(
35                 new String[] { "a", "b", "c" }));
36         ListIterator<String> listIterator5 = list5.listIterator();
37         while (listIterator5.hasNext()) {
38             if (listIterator5.next().equals("b")) {
39                 listIterator5.remove();
40                 listIterator5.add("替换");
41             }
42         }
43         System.out.println(list5);//[a, 替换, c]
44     }
45 }

5、Set接口

     不包含重复元素的集合，不保证顺序。而且方法和Collection一致。Set集合取出元素的方式只有一种：迭代器。

     ①HashSet：哈希表结构，不同步，保证元素唯一性的方式依赖于： hashCode（），equals（）方法。查询速度快。哈希值是根据存储位置来计算。

 1 class Student{
 2     private String id;
 3     private String name;
 4     public Student(String id,String name){
 5         this.id = id;
 6         this.name = name;
 7     }
 8 //    重写toString方法
 9     public String toString(){
10         return id+":"+name;
11     }
12 //    重写hashCode方法
13     public int hashCode(){
14         return id.hashCode();//返回id属性的哈希值
15     }
16 //    重写equals方法
17     public boolean equals(Object obj){
18         if(this==obj){                  //判断是否为同一个对象
19             return true;                 //如果是，直接返回true
20         }
21         if (!(obj instanceof Student)){   //判断对象是否Student类型
22             return false;                 //如果对象不是Student类型，返回false
23         }
24         Student stu = (Student)obj;        //将对象强转为Student类型
25         boolean b= this.id.equals(stu.id); //判断id值是否相同
26         return b;                           //返回判断结果
27     }
28 }
29 public class HashSetDemo {
30     public static void main(String[] args) {
31         HashSet set = new HashSet();
32         Student stu1= new Student("1","Jack");
33         Student stu2= new Student("2","Rose");
34         Student stu3= new Student("2","Rose");
35         set.add(stu1);
36         set.add(stu2);
37         set.add(stu3);
38         System.out.println(set);
39     }
40 }

运行结果：

[1:Jack, 2:Rose]
若不重写hashCode()和equals（）方法，则输出结果是：
[2:Rose，1:Jack, 2:Rose]

     ②TreeSet：可以对Set集合中的元素进行排序。使用的是二叉树结构。如何保证元素唯一性的？使用的是对象比较方法的结果是否为0，是0，视为相同元素不存。

        元素的排序比较有两种方式：

1. 元素自身具备自然排序，其实就是实现了Comparable接口重写compareTo方法。如果元素自身不具备自然排序，或具备的自然排序不是所需要的，这时只能用第二种方式。
2. 比较器，其实就是在创建TreeSet集合时，在构造函数中指定具体的比较方式。需要定义一个类实现Comparator接口，重写compare方法。

 1 class Student implements Comparable{  //定义Student类实现Comparable接口
 2     String name;
 3     int age;
 4     public Student(String name,int age){   //创建构造方法
 5         this.name = name;
 6         this.age = age;
 7     }
 8     public String toString(){    //重写Object类toString（）方法，返回描述信息
 9         return name+":"+age;
10     }
11     public int compareTo(Object obj){  //重写Comparable接口compareTo方法
12         Student s =(Student) obj;   //将比较对象强转为Student类型
13         if (this.age -s.age>0){       //定义比较方法
14             return 1;
15         }
16         if (this.age-s.age==0){
17             return this.name.compareTo(s.name);//将比较结果返回
18         }
19         return -1;
20     }
21 }
22 public class TreeSetDemo {
23     public static void main(String[] args) {
24         TreeSet ts = new TreeSet();
25         ts.add(new Student("Jack",19));
26         ts.add(new Student("Rose",18));
27         ts.add(new Student("Tom",19));
28         ts.add(new Student("Rose",18));
29         Iterator it = ts.iterator();
30         while (it.hasNext()){
31             System.out.println(it.next());
32         }
33     }
34 }
运行结果：
Rose:18
Jack:19
Tom:19

到此为止：在往集合中存储对象时，通常该对象都需要覆盖hashCode，equals，同时实现Comparable接口，建立对象的自然排序。通常还有一个方法也会复写toString();

 

三、Map接口：

      双列集合Map集合的特点：内部存储的都是键key值value对，必须要保证键的唯一性。

      Map集合常用方法

     

①Hashtable---数据结构：哈希表。是同步的，不允许null作为键和值。被HashMap替代。

   子类Properties：属性表，键和值都是字符串，而且可以结合流进行键值操作。唯一一个可以和IO流结合使用的集合类。

②HashMap---数据结构：哈希表。不是同步的，允许null作为键和值。

示例：

 1 public class Example15 {
 2     public static void main(String[] args){
 3       Map map = new HashMap();      //创建Map对象
 4       map.put("1","Jack");     //存储键和值，键相同，值覆盖
 5       map.put("2","Rose");
 6       map.put("3","Lucy");
 7       map.put("3","Mary");
 8       System.out.println("1:"+map.get("1"));//根据键获取值
 9       System.out.println("2:"+map.get("2"));
10       System.out.println("3:"+map.get("3"));
11     }
12 }

Map集合的两种遍历方式：

 1 public class Example16 {
 2     public static void main(String[] args){
 3         //第一种先遍历Map集合中所有的键，再跟据键获取相应的值。
 4         Map map1 = new HashMap();      //创建Map对象
 5         map1.put("1","Jack");     //存储键和值
 6         map1.put("2","Rose");
 7         map1.put("3","Lucy");
 8         Set keySet1 = map1.keySet();          //获取键的集合
 9         Iterator it1 = keySet1.iterator();
10         while (keySet1.iterator().hasNext()){  // 迭代键的集合
11             Object key = it1.next();
12             Object value = map1.get(key);      //获得每个键所对应的值
13             System.out.println(key+":"+value);
14         }
15
16         //第二种先获取集合中的所有映射关系，然后从映射关系中取出键和值
17         Map map2 = new HashMap();
18         map2.put("1","Jack");     //存储键和值
19         map2.put("2","Rose");
20         map2.put("3","Lucy");
21         Set entrySet = map2.entrySet();
22         Iterator it = entrySet.iterator();    //获取Iterator对象
23         while (it.hasNext()){
24             Map.Entry entry = (Map.Entry)(it.next()); //获取集合中键值对映射关系
25             Object key = entry.getKey();      //获取Entry中的键
26             Object value = entry.getValue();  //获取Entry中的值
27             System.out.println(key+":"+value);
28         }
29     }
30 }

运行结果：

1:Jack
2:Rose
3:Lucy

LinkedHashMap：基于链表+哈希表。可以保证map集合有序（存入和取出的顺序一致）。

③TreeMap---数据结构：二叉树，保证键的唯一性，同步的，可以对map集合中的键进行排序。

 1 //按学号从大排到小
 2 public class Example20 {
 3     public static void main(String[] args) {
 4         TreeMap tm = new TreeMap(new MyCompartor());  //传入一个自定义比较器
 5         tm.put("1","Jack");     //存储键和值
 6         tm.put("2","Rose");
 7         tm.put("3","Lucy");
 8         Set keySet = tm.keySet();          //获取键的集合
 9         Iterator it = keySet.iterator();    // 迭代键的集合
10         while (it.hasNext()){
11             Object key = it.next();
12             Object value = tm.get(key);      //获得每个键所对应的值
13             System.out.println(key+":"+value);
14         }
15     }
16 }
17 class MyCompartor implements Comparator{   //自定义比较器
18     public int compare(Object o1, Object o2) {  //实现比较方法
19         String id1 = (String) o1;      //将Object类型的参数强转为String类型
20         String id2 = (String) o2;
21         return id2.compareTo(id1);     //将比较结果之后的值返回，按字典相反顺序进行排序
22     }
23 }

运行结果：

3:Lucy
2:Rose
1:Jack

四、 泛型（parameterized type）

     1、泛型的使用

      体现<数据类型>，<>也是括号，往括号里写都写其实就是在传递参数。

       格式：ArrayList<参数化类型> list = new ArrayList<参数化类型>();

泛型的优点：安全机制；将运行时期的ClassCastExecption转移到了编译时期变成了编译失败。泛型技术，是给编译器使用的技术。避免了强转的麻烦。

    示例：

 1 public class Example23 {
 2     public static void main(String[] args) {
 3         ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
 4         list.add("String");
 5         list.add("Collection");
 6         for(String str:list){
 7             System.out.println(str);
 8         }
 9     }
10 }

2、自定义泛型：

需求：请自己提供一个容器类。

分析：你要做一个容器类，你就应该知道容器类具备什么基本功能？

添加功能 save（）

获取功能 get（）

要做这样的方法，save是不是应该有参数呢？肯定的。

get（）应该有参数吗？这里我们可以不给形式参数，但是一定要有返回值类型。

基本格式：

void save （参数类型 参数）{…}

返回值类型 get（）{…..}

为了让我们的容器类能够存储任意类型的对象，我就应该给save（）方法中的参数定义为object类型。

当然，get（）方法的返回值类型应该是object类型。

出现问题：A 不兼容类型 B 类型转换异常

需求：自己定义一个泛型类并使用

如何定义一个泛型类呢？

就是把泛型安装其格式加在类上。

格式：

<参数化类型>可以是E、T这样有意义的单词。

使用泛型后，我们可以不用再做类型转换了。

//在创建类时，声明参数类型为T
class 类名<T>{
       T temp;
//在创建save（）方法时，指定参数类型为T
       public void save (T temp){this.temp = temp}
//在创建get()方法时，指定返回值类型为T
       public T get(){
              return temp；
        }
}

示例：

 1 class CachePool<T>{
 2     T temp;
 3     public void save(T temp){
 4         this.temp=temp;
 5     }
 6     public T get() {
 7         return temp;
 8     }
 9 }
10 public class Example26 {
11     public static void main(String[] args) {
12         CachePool<Integer> pool = new CachePool<Integer>();
13         pool.save(new Integer(1));
14         Integer temp = pool.get();
15         System.out.println(temp);
16     }
17 }

五、Collections工具类

     Collections：集合框架中的用于操作集合对象工具类。都是静态方法。

1. 获取Collection最值。
2. 对List集合排序，也可以用二分查找。
3. 对排序逆序。
4. 可以将非同步的集合转变成同步的集合。如：Xxx synchronizedXxx(Xxx) -------List synchronizedList (List)

 //排序操作
 1 public class Example27 {
 2     public static void main(String[] args) {
 3     ArrayList list = new ArrayList();
 4     Collections.addAll(list,"c","z","B","K");
 5     System.out.println("排序前："+list);
 6     Collections.reverse(list);
 7     System.out.println("反转后："+list);
 8     Collections.shuffle(list);
 9     System.out.println("按自然顺序排序后："+list);
10     Collections.sort(list);
11     System.out.println("洗牌后："+list);
12     }
13 }

运行结果：

排序前：[c, z, B, K]
反转后：[K, B, z, c]
按自然顺序排序后：[c, B, K, z]
洗牌后：[B, K, c, z]

//查找、替换操作

 1 public class Example28 {
 2     public static void main(String[] args) {
 3         ArrayList list = new ArrayList();
 4         Collections.addAll(list,-3,2,9,5,8);
 5         System.out.println("集合中的元素："+list);
 6         System.out.println("集合中的最大元素："+Collections.max(list));
 7         System.out.println("集合中的最小元素："+Collections.min(list));
 8         Collections.replaceAll(list,8,0);  //将集合中的8用0替换掉
 9         System.out.println("替换后的集合："+list);
10     }
11 }

运行结果：

集合中的元素：[-3, 2, 9, 5, 8]
集合中的最大元素：9
集合中的最小元素：-3
替换后的集合：[-3, 2, 9, 5, 0]

六、Arrays：用于操作数组的工具类。类中定义的都是静态工具方法。

1. 对数组排序。
2. 二分查找。
3. 数组复制。
4. 对两个数组进行元素的比较，判断两个数组是否相同。
5. 将数组转成字符串。

 1 //使用Arrays的sort()方法排序
 2 public class Example29 {
 3     public static void main(String[] args) {
 4         int[] arr={9,8,3,5,2};
 5         System.out.print("排序前：");
 6         printArray(arr);
 7         Arrays.sort(arr);
 8         System.out.print("排序后：");
 9         printArray(arr);
10     }
11     public static void printArray(int[] arr) {
12         System.out.print("[");
13         for (int x=0;x<arr.length;x++){
14             if (x!=arr.length-1){
15                 System.out.print(arr[x]+",");
16             }else {
17                 System.out.println(arr[x]+"]");
18
19             }
20         }
21     }
22 }

排序前：[9,8,3,5,2]
排序后：[2,3,5,8,9]

1 //使用Arrays的binarySearch（Object[] a,Object key）方法查找元素
2 class Example {
3     public void run() {
4         int[] arr={9,8,3,5,2};
5         Arrays.sort(arr);//调用排序方法，对数组排序
6         int index = Arrays.binarySearch(arr,3);//查找指定元素3
7         System.out.println("数组排序后元素3的索引是："+index);//输出打印元素所在的索引位置
8     }
9 }
数组排序后元素3的索引是：1

 1 //使用Arrays的copyOfRange(int[] original,int from,int to)方法拷贝元素
 2 class Example31 {
 3     public void run() {
 4         int[] arr={9,8,3,5,2};
 5         int[] copies=Arrays.copyOfRange(arr,1,7);
 6         for (int i =0;i<arr.length;i++){
 7           System.out.print(copies[i]+",");
 8         }
 9     }
10 }
【8,3,5,2,0,0】

 1 //使用Arrays的fill（Object[] a,Object val）方法填充元素
 2 class Example{
 3     public void run() {
 4         int[] arr={1,2,3,4};
 5         Arrays.fill(arr,8);
 6         for (int i =0;i<arr.length;i++){
 7             System.out.print(i+":"+arr[i]+“---”);
 8         }
 9     }
10 }
0:8---1:8---2:8---3:8

1 //使用Arrays的toString(int [] ,arr)方法把数组转换为字符串
2 class Example{
3     public void run() {
4         int[] arr={9,8,3,5,2};
5         String arrString=Arrays.toString(arr); //使用toString()方法将数组转换为字符串
6             System.out.println(arrString);
7     }
8 }

[9, 8, 3, 5, 2]

　　 6.数组转成list集合——asList() 。

             数组转成集合：就是为了使用集合的方法操作数组中的元素。

             但是不要使用增删等改变长度的方法。add remove 发生UnsupportedOperationException

             如果数组中存储的是基本数据类型，那么转成集合，数组对象会作为集合中的元素存在。数组中元素是引用数据类型时，转成，数组元素会作为集合元素存在。

　　7.集合转成数组——toArray().

为什么集合转成数组呢？

为了限制对元素的增删操作。

如果传递的数组的长度小于集合的长度，会创建一个同类型的数组长度为集合的长度。

如果传递的数组的长度大于集合的长度，就会使用这个数组，没有存储元素的位置为null。

长度最好直接定义为何集合长度一致。