Java集合

Java 集合框架主要包括两种类型的容器,一种是集合(Collection),存储一个元素集合,另一种是图(Map),存储键/值对映射。Collection 接口有 3 种子类型,List、Set 和 Queue,再下面是一些抽象类,最后是具体实现类。

接口:代表集合的抽象数据类型。例如 Collection、List、Set、Queue、Map 等,这些接口以不同的方式操作集合对象。

具体类:集合接口的具体实现。从本质上讲,它们是可重复使用的数据结构,例如:ArrayList、LinkedList、HashSet、HashMap。

算法:是实现集合接口的对象里的方法执行的一些有用的计算,例如:搜索和排序。Collections和Arrays提供了这些算法的实现。

下图是《Java编程思想》给出的Java集合框架:

点线框表示接口;实线框表示具体类;带空心箭头的点线表示一个特定的类实现了一个接口;带实心箭头的点线表示某个类可以生成箭头所指的对象;

迭代器(Iterator)

迭代器:迭代器就是对“逐一访问所有元素”这一操作的抽象。实际上就是对一组对象之间的位置,直接后继等关系的集成。

对序列进行遍历时,迭代器始终维护一个当前元素,并且提供访问序列下一个元素的机制,第一次对“访问下一个元素”操作的访问就会给出最初始的当前元素。

因而,根据这些描述,则迭代器必须有:

boolean hasnext()     //检查是否有剩余元素
E getnext() //返回下一元素

1.Iterator接口

Iterator接口就是Java在Util包中提供的一个迭代器接口,其思路是通过iterator方法,每个集合均可创建并返回给客户一个实现了Iterator接口的对象,并且将当前位置的概念在对象内部存储下来。

其定义为:

public interface Iterator<E>{
boolean hasNext();
E next();
void remove(); //移除迭代器返回的最后一个元素
}

对于remove()操作,需要注意的是,调用一次remove()之后,不能再次调用该方法,除非又一次调用了next()方法。

2.Iterable接口

Iterable接口返回的是Iterator接口的一个实例,设置这一接口是为了让容器能有不同的遍历方式,通过继承Iterable接口,就能实现多个不同的Iterator类,例如前向迭代、反向迭代、随机迭代等等。

public interface Iterable<T> {
Iterator<T> iterator();
}

3.集合类均实现Iterable接口的原因

1.Iterator接口的核心方法next()或者hasNext() 是依赖于迭代器的当前迭代位置的。 如果Collection直接实现Iterator接口,势必导致集合对象中包含当前迭代位置的数据(指针)。当集合在不同方法间被传递时,由于当前迭代位置不可预置,那么next()方法的结果会变成不可预知。 除非再为Iterator接口添加一个reset()方法,用来重置当前迭代位置。但即时这样,Collection也只能同时存在一个当前迭代位置。而Iterable则不然,每次调用都会返回一个从头开始计数的迭代器。多个迭代器是互不干扰的。

2.如上所说,让集合可以有更加灵活的迭代方式。

4.增强的for循环

当编译器看到一个正在用于Iterable对象的增强for循环时,它用对iterator方法的那些调用代替增强for循环以得到一个Iterator对象,然后调用其方法。

例如:

public static <E> void print(Collection<E> collection){
for(E item:collection){
System.out.println(item);
}
}

编译器将其重写为:

public static <E> void print(Collection<E> collection){
Iterator<E> it = collection.iterator();
while (it.hasNext()){
E item = it.next();
System.out.println(item);
}
}

Collection与Map

Collection抽象了集合的概念,它存储一组同一类型的对象。其关键接口(部分)如下:

public interface Collection<E> extends Iterable<E>{
int size(); //返回元素数量
boolean isEmpty(); //判断是否为空
void clear(); //清空集合
boolean contains(E x); //判断是否包含某元素
boolean add(E x); //添加某元素
boolean remove(E x); //移除某元素
Iterator<E> iterator(); //返回一个迭代器
Object[] toArray(); //返回一个由这些元素组成的对象数组
}

Map是一种存放一组条目的容器,条目是一种形如(key,value)的组合对象。其关键接口(部分)如下:

public interface Map<K,V>{
int size();
boolean isEmpty();
void clear();
boolean containsKey(Object Key); //判断是否包含某键
boolean containsValue(Object value); //判断是否包含某元素
V get(Object key); //获取某键对应的元素
V put(K key,V value); //添加某键值对
V remove(Object key); //移除某键对应的键值对
V replace(K key,V value); //仅当某键对应有值时替换该值
boolean replace(K key,V oldValue,V newValue); //替换为新值,若无对应旧值,则添加
}

Comparator与Comparable

1.Comparator接口

Comparator是比较器接口,可以实现比较器接口来构建一个比较器,即定义了该类的实例的大小规则。常用方法是将其提供给序列的排序函数。

其定义为:

public interface Comparator<T> {
int compare(T o1, T o2);
boolean equals(Object obj);
}

值得注意的是,任何对象都已实现了equals(Object obj)方法,故实现Comparator接口时可只实现compare方法不实现equals方法。

2.Comparable接口

Comparable可以看作排序接口,任何实现了Comparable接口的类可支持排序,将其称作”自然排序“。例如某list中的类实现了Comparable接口,那么可以使用Collections.sort(list)来对list进行排序。

其定义为:

public interface Comparable<T>{
int comparaTo(T o);
}

值得注意的是,需要确保ComparaTo方法与equals方法的结果保持一致,否则会出现一些问题(在有序集或有序映射与自然排序一起使用时会表现会超出预期,显得奇怪),因而建议重写equals方法

综上来说,可以将Comparable接口看作”内部比较器",类实现了comparable接口之后,可以直接调用排序方法;而可以将Comparator接口看作”外部比较器“,当类的设计者没有考虑类的排序时,可以将类与Comparator接口绑定,从而实现排序。

一个实例:

import java.util.*;

public class Test {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ArrayList<Person> list = new ArrayList<>();
list.add(new Person("Ming",171));
list.add(new Person("Hong", 165));
list.add(new Person("Xi",165));
list.add(new Person("Long",181));
System.out.println(list);
Collections.sort(list); //使用自然排序
System.out.println(list);
Collections.sort(list,new PersonComparator()); //使用外接比较器排序
System.out.println(list);
} private static class Person implements Comparable<Person>{
String name;
int tall; Person(String name, int tall) {
this.name = name;
this.tall = tall;
} public String toString(){
return name + "-"+ tall;
} @Override
public int compareTo(Person person) { //实现自然排序接口,按照名字排序
return name.compareTo(person.name);
} boolean equals(Person person){ //重写equals规则
if (this.name.equals(person.name)){
return true;
}
return false;
}
} static class PersonComparator implements Comparator<Person> { //实现比较器接口,按照身高排序
@Override
public int compare(Person p1, Person p2) {
return p1.tall - p2.tall;
}
}
}
//结果
[Ming-171, Hong-165, Xi-165, Long-181]
[Hong-165, Long-181, Ming-171, Xi-165]
[Hong-165, Xi-165, Ming-171, Long-181]

Collections

Collections仅包含对集合进行操作或返回集合的静态方法,它包含对集合操作的多态算法。其中部分关键API如下(参数已省略):

public class Collections extends Object{
boolean addAll​(); //为集合添加给定元素
Queue<T> asLifoQueue​(); //将Deque变为先进后出的Queue
int binarySearch​(); //二分查找某对象
xxx checkedxxx(); //返回指定xxx的动态类型安全视图
void copy(); //将列表里所以元素拷贝到另一个列表
boolean disjiont(); //判断两个集合是否有交集
xxx emptyxxx(); //返回一个空的xxx集合
void fill(); //用给定的对象填充集合
int frequency(); //返回集合中等于指定对象的元素数量
int indexOfSubList(); //返回目标列表在源列表的起始位置​
int lastindexOfSubList(); //返回目标列表在源列表的结束位置​
T max();
T min();
void reverse(); //反转集合
void rotate​(); //按指定距离轮转集合
void shuffle(); //置乱集合
void sort(); //排序集合
void swap(); //交换指定两个元素
xxx synchronizedxxx(); //返回线程安全的xxx
xxx unmodifiablexxx(); //返回不可修改的xxx视图
}

Arrays

Arrays包含用于操作数组的各种方法以及asList()方法,其部分API如下(参数已省略):

public class Arrays extends Object{
List<T> asList​(T... a) //给定对象创建一个列表
int binarySearch(); //二分查找某值
int compare(); //按字典顺序比较两个值
int compareUnsigned(); //​按字典顺序比较两个值,这两个值视为无符号的
xxx copyOf​(); //拷贝数组指定长度的元素
xxx copyOfRange(); //指定起始位置和长度来拷贝数组元素
int mismatch(); //查找两个数组第一个不匹配的索引
void parallelPrefix(); //并行地对给的子数组的所有元素施加某种操作
void parallelSetAll(); //使用生成器函数​​并行地设置给的子数组的所有元素
void parallelSort(); //并行排序
void sort(); //排序
Spliterator<T> Spliterator(); //返回覆盖指定数组地拆分器
Stream<T> Stream(); //返回指定数组元素构成的流
String toString();
boolean equals(); //判断两元素是否相等
void fill(); //以指定元素填充数组
int hashCode​();
boolean deepEquals(); //deepxxx适用于嵌套数组的情况
int deepHashcode();
String deepToString();
}

后续为集合框架中的那些实现类以及对应的数据结构。

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