鸿蒙HarmonyOS实战-ArkTS语言基础类库（容器类库）

前言

容器类库是指一组用于存储和管理数据的数据结构和算法。它们提供了各种不同类型的容器，如数组、链表、树、图等，以及相关的操作和功能，如查找、插入、删除、排序等。

容器类库还可以包含其他数据结构和算法，如堆、树、图等，以及相关的操作和功能，如排序、查找、遍历等。它们可以用于解决各种不同的问题和场景，提供了方便、高效和可靠的数据管理和操作功能。

一、容器类库

1.线性容器

2.1 ArrayList

ArrayList可以存储任意类型的对象，包括基本数据类型的包装类。

与普通数组相比，ArrayList的优势在于可以动态增加和缩减元素的数量，而不需要手动调整数组的大小。当需要添加或删除元素时，ArrayList会根据需要自动扩容或缩减。ArrayList依据泛型定义，要求存储位置是一片连续的内存空间，初始容量大小为10，并支持动态扩容，每次扩容大小为原始容量的1.5倍。

ArrayList提供了一系列方法用于操作集合中的元素，包括添加、删除、修改和查找等操作。可以使用get方法获取指定位置的元素，使用add方法在指定位置添加元素，使用remove方法删除指定位置的元素等等。

需要注意的是，ArrayList是非线程安全的，如果多个线程同时访问同一个ArrayList对象，可能会引发并发访问异常。如果需要在多线程环境下使用ArrayList，可以使用Collections类提供的synchronizedList方法将ArrayList转换为线程安全的List。

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2.2 Vector

Vector和ArrayList在实现上确实相似，都是通过数组来存储元素，但有一些细微的差别。

线程安全性：Vector是线程安全的，而ArrayList不是。因为Vector的方法都是同步的，可以在多线程环境下安全使用，但这也导致了Vector在性能上比ArrayList稍慢。
动态扩容：Vector的扩容机制是每次扩容容量为原始容量的2倍，而ArrayList是每次扩容容量为原始容量的1.5倍。
初始容量：Vector的初始容量大小为10，而ArrayList的初始容量为0。
接口：Vector相比ArrayList提供了更多的操作数组的接口，如insertElementAt、removeElementAt等，这些接口可以更方便地在数组中插入、删除元素。

Vector在某些特定的场景下可能更适合使用，比如在多线程环境下或者需要频繁进行插入、删除元素的情况下。而ArrayList在单线程环境下性能更好，适合大部分场景。

API version 9开始，该接口不再维护，推荐使用ArrayList。

2.3 List

List可以用来构造单向链表对象，每个节点包含一个数据元素和一个指向下一个节点的引用。链表中的节点在内存中可以是不连续的，因此可以灵活地进行插入和删除操作。

当需要频繁进行插入和删除操作时，使用List可以更高效地操作链表。因为插入和删除操作只需要改变节点的引用，而不需要移动其他节点。相比之下，如果使用数组或者其他连续内存的数据结构，插入和删除操作可能需要移动大量的元素，效率较低。

2.4 LinkedList

LinkedList是一种双向链表，每个节点除了储存数据外，还有两个指针分别指向前一个节点和后一个节点。这样的结构使得LinkedList可以快速地在头尾进行插入和删除操作，因为只需要改变相邻节点的指针即可，不需要像数组一样进行数据的搬移。

另外，LinkedList的内存存储位置可以是不连续的，这是因为每个节点只需要储存指向前后节点的指针，并不需要连续存储数据，所以在内存中的存储位置可以是不连续的。

相比之下，List接口代表一种有序的数据集合，可以包含重复的元素，但是没有提供快速的插入和删除操作。List的具体实现类，如ArrayList，底层实现是数组，而不是链表。虽然ArrayList在查询操作上效率更高，因为可以根据索引快速访问元素，但是插入和删除操作需要搬移后续元素，效率较低。

如果需要频繁地进行插入和删除操作，尤其是在列表的头尾进行操作，推荐使用LinkedList。而如果需要频繁地进行查询操作，或者需要通过索引直接访问元素，推荐使用ArrayList。

2.5 Deque

Deque是一种双端队列，它继承自Queue接口，提供了一些额外的方法来支持在队头和队尾进行添加和删除元素的操作。

Deque接口的主要方法包括：

addFirst(E e)：在队头插入指定元素。
addLast(E e)：在队尾插入指定元素。
removeFirst()：移除并返回队头元素。
removeLast()：移除并返回队尾元素。
getFirst()：返回队头元素。
getLast()：返回队尾元素。

Deque的实现类有ArrayDeque和LinkedList。ArrayDeque是基于数组实现的，而LinkedList是基于链表实现的。

2.6 Queue

Queue是一种具有先进先出(FIFO)特性的数据结构。它的实现可以通过数组或链表来完成。

在数组实现的Queue中，需要定义一个数组来保存元素，以及两个指针front和rear来分别指向队头和队尾。当元素入队时，rear指针向后移动，并将元素添加到rear指针所指向的位置；当元素出队时，front指针向后移动，将front指针所指向的元素删除。

在链表实现的Queue中，每个节点都有一个指针指向下一个节点，队头则是链表的第一个节点，队尾是链表的最后一个节点。元素入队时，将元素添加到链表的末尾；元素出队时，删除链表的第一个节点。

Queue的特性使得它在很多场景下都很有用，比如处理任务调度、消息队列、缓存等。实际上，很多编程语言都提供了Queue的实现，可以直接使用。

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2.7 Stack

Stack类可以用来创建栈对象，该栈对象按照先进后出的规则存储元素。

Stack类基于泛型定义，要求存储位置需要是一片连续的内存空间，初始容量大小为8，并且支持动态扩容。每次扩容大小是原始容量的1.5倍。Stack类底层基于数组实现，入栈和出栈操作都是在数组的一端进行。

Stack类和Queue类相比，Queue类基于循环队列实现，只能在一端进行删除操作，而在另一端进行插入操作。而Stack类则只在一端进行操作。

一般情况下，如果满足先进后出的场景，可以使用Stack类。

2.8 线性容器的使用

// ArrayList

import ArrayList from '@ohos.util.ArrayList'; // 导入ArrayList模块

let arrayList = new ArrayList();

arrayList.add('a');

arrayList.add(1); // 增加元素

console.info(`result: ${arrayList[0]}`); // 访问元素

arrayList[0] = 'one'; // 修改元素

console.info(`result: ${arrayList[0]}`);

// Vector

import Vector from '@ohos.util.Vector'; // 导入Vector模块

let vector = new Vector();

vector.add('a');

let b1 = [1, 2, 3];

vector.add(b1);

vector.add(false); // 增加元素

console.info(`result: ${vector[0]}`); // 访问元素

console.info(`result: ${vector.getFirstElement()}`); // 访问元素

// Deque

import Deque from '@ohos.util.Deque'; // 导入Deque模块

let deque = new Deque;

deque.insertFront('a');

deque.insertFront(1); // 增加元素

console.info(`result: ${deque[0]}`); // 访问元素

deque[0] = 'one'; // 修改元素

console.info(`result: ${deque[0]}`);

// Stack

import Stack from '@ohos.util.Stack'; // 导入Stack模块 

let stack = new Stack();

stack.push('a');

stack.push(1); // 增加元素

console.info(`result: ${stack[0]}`); // 访问元素

stack.pop(); // 删除栈顶元素并返回该删除元素

console.info(`result: ${stack.length}`);

// List

import List from '@ohos.util.List'; // 导入List模块

let list = new List;

list.add('a');

list.add(1);

let b2 = [1, 2, 3];

list.add(b2); // 增加元素

console.info(`result: ${list[0]}`); // 访问元素

console.info(`result: ${list.get(0)}`); // 访问元素

好像在预览模式下，效果不尽人意

2.非线性容器

2.1 HashMap

HashMap是一个非常常用的集合类，用来存储键值对。它通过key的hashCode值来确定key的存储位置，从而实现快速查找。由于HashMap的实现采用了链表来解决冲突问题，所以当存在多个key的hashCode相同时，它们会被放在同一个链表中。这也是为什么HashMap可以存储多个值对应同一个key的原因。

HashMap的初始容量为16，当容量不足时，会自动进行扩容，每次扩容容量会变为原来的两倍。这样可以减少扩容的次数，提高性能。

2.2 HashSet

HashSet内部使用了HashMap作为其底层数据结构，将元素存储在HashMap的key中，而HashMap的value则统一为一个固定的对象（称为PRESENT）。HashSet中的元素实际上是HashMap的键值对中的key部分，而value部分无意义。

HashSet的存取速度很快，插入和删除操作的时间复杂度均为O(1)。HashSet具有去重的功能，即当添加重复元素时只保留一个副本。HashSet允许存储空值（null）。

HashSet的元素存储是无序的，即元素的顺序不固定。如果需要有序存储元素，可以使用LinkedHashSet。HashSet适用于需要存储不重复元素且对元素的顺序没有特殊要求的场景。

2.3 TreeMap

TreeMap是一种用于存储键值对的有序映射的数据结构。并且根据键的自然顺序或按指定的比较器对键进行排序。TreeMap基于红黑树实现，因此它的键值对是有序的。与HashMap不同，TreeMap的键是唯一的，并且不能为null，而值可以为null。

TreeMap提供了一些常用的方法，例如put(key, value)用于将键值对添加到TreeMap中，get(key)用于根据键获取对应的值，containsKey(key)用于检查TreeMap中是否包含指定的键，remove(key)用于删除指定键的键值对等。

由于TreeMap是有序的，它的键值对是按照键的自然顺序或者按照指定的比较器进行排序的。这使得TreeMap非常适合用于根据键的排序来遍历数据，或者获取一段范围内的数据。

2.4 TreeSet

TreeSet可用来存储一系列值的集合，存储的元素中value是唯一的。它依据泛型定义，集合中的value值是有序的，底层是一棵二叉树，可以通过树的二叉查找快速找到该value值，value的类型满足ECMA标准中要求的类型。TreeSet中的值是有序存储的，底层基于红黑树实现，可以进行快速的插入和删除。

TreeSet基于TreeMap实现，只对value对象进行处理。它可用于存储一系列值的集合，元素中value唯一且有序。

与HashSet相比，HashSet中的数据无序存放，而TreeSet是有序存放。它们集合中的元素都不允许重复，但HashSet允许放入null值，而TreeSet不建议插入空值，可能会影响排序结果。

一般需要存储有序集合的场景，可以使用TreeSet。

2.5 LightWeightMap

LightWeightMap是一个用来存储具有关联关系的key-value键值对集合的数据结构。其中，每个key都是唯一的，且对应一个value值。LightWeightMap采用了更加轻量级的结构，并使用hash来标识唯一的key。在冲突发生时，采用线性探测法来解决。

集合中的key值的查找过程依赖于hash值和二分查找算法。首先将所有的key的hash值存储在一个数组中，然后通过这些hash值来映射到其他数组中的key值和value值。key的类型需要满足ECMA标准中的要求。

2.6 LightWeightSet

LightWeightSet是一种用来存储一系列值的集合，其中存储的元素的value值是唯一的。它采用泛型定义，并使用了轻量级的结构。初始默认容量大小为8，每次扩容大小为原始容量的2倍。

在LightWeightSet中，value值的查找依赖于hash和二分查找算法。具体来说，它使用一个数组存储hash值，并将hash值映射到其他数组中的value值中。这里的value的类型需要满足ECMA标准中的要求。

LightWeightSet底层使用hash实现了对唯一value的标识，并采用了线性探测法作为冲突策略。它的查找策略基于二分查找法。

与HashSet相比，LightWeightSet占用的内存更小。因此，当需要存取某个集合或对某个集合进行去重时，推荐使用占用内存更小的LightWeightSet。

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2.7 PlainArray

PlainArray可以看作是一个轻量级的数组，其特点是key值的类型为number，并且每个key对应一个value值。它适用于存储具有关联关系的键值对集合，其中key是唯一的。

由于PlainArray采用了更加轻量级的结构，所以对于查找操作，它依赖于二分查找算法来找到对应key值的索引，然后再通过该索引映射到其他数组中的value值。

通过使用PlainArray，我们可以高效地存储和查找键值对集合，尤其适用于大规模数据的情况下。它提供了一种轻量级的、基于数组的存储方式，既可以保持键值对的关联关系，又可以提供高效的查找操作。

PlainArray和LightWeightMap都是用来存储键值对，且均采用轻量级结构，但PlainArray的key值类型只能为number类型。

2.8 非线性容器的使用

// HashMap

import HashMap from '@ohos.util.HashMap'; // 导入HashMap模块

let hashMap = new HashMap();

hashMap.set('a', 123);

hashMap.set(4, 123); // 增加元素

console.info(`result: ${hashMap.hasKey(4)}`); // 判断是否含有某元素

console.info(`result: ${hashMap.get('a')}`); // 访问元素

// TreeMap

import TreeMap from '@ohos.util.TreeMap'; // 导入TreeMap模块

let treeMap = new TreeMap();

treeMap.set('a', 123);

treeMap.set('6', 356); // 增加元素

console.info(`result: ${treeMap.get('a')}`); // 访问元素

console.info(`result: ${treeMap.getFirstKey()}`); // 访问首元素

console.info(`result: ${treeMap.getLastKey()}`); // 访问尾元素

// LightWeightMap

import LightWeightMap from '@ohos.util.LightWeightMap'; // 导入LightWeightMap模块

let lightWeightMap = new LightWeightMap();

lightWeightMap.set('x', 123);

lightWeightMap.set('8', 356); // 增加元素

console.info(`result: ${lightWeightMap.get('a')}`); // 访问元素

console.info(`result: ${lightWeightMap.get('x')}`); // 访问元素

console.info(`result: ${lightWeightMap.getIndexOfKey('8')}`); // 访问元素

// PlainArray

import PlainArray from '@ohos.util.PlainArray' // 导入PlainArray模块

let plainArray = new PlainArray();

plainArray.add(1, 'sdd');

plainArray.add(2, 'sff'); // 增加元素

console.info(`result: ${plainArray.get(1)}`); // 访问元素

console.info(`result: ${plainArray.getKeyAt(1)}`); // 访问元素

好像在预览模式下，效果不尽人意

写在最后

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