java基础003-集合

原创于 2023-05-09 17:52:50 发布 · 384 阅读

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集合简介

Java中的集合是一组类和接口，用于在内存中管理对象。集合可以帮助我们更有效地存储和操作数据。本教程将介绍Java集合框架的基础知识。

集合框架的层次结构

Java集合框架由多个类和接口组成，它们之间存在层次关系。最常见的集合框架如下：

Collection接口：是所有集合接口的根接口。
– List接口：有序集合，允许重复元素。
– ArrayList类：实现了List接口，使用数组实现。
– LinkedList类：实现了List接口，使用链表实现。
Set接口：不允许重复元素。
– HashSet类：实现了Set接口，使用哈希表实现。
– TreeSet类：实现了Set接口，基于红黑树实现。
Map接口：键值对集合。
– HashMap类：实现了Map接口，使用哈希表实现。
– TreeMap类：实现了Map接口，基于红黑树实现。

Collection接口

Collection接口是所有集合接口的根接口，提供了基本的集合操作方法，如添加、删除、迭代等。
常见的Collection实现类有ArrayList、LinkedList和HashSet。

List接口

List接口是有序集合，允许重复元素。
List接口提供了按照索引操作集合的方法，如get、set和remove等。
常见的List实现类有ArrayList和LinkedList。

ArrayList

ArrayList是Java中常用的基于数组实现的动态数组，它实现了List接口，可以存储任意类型的对象。与普通数组相比，ArrayList具有动态扩容、插入删除元素方便等优势，因此在实际开发中使用较多。

创建ArrayList

ArrayList的创建方式如下：

ArrayList list = new ArrayList(); // 无参构造函数
ArrayList list = new ArrayList(int initialCapacity); // 指定初始容量的构造函数

其中，E表示泛型参数，可以是任意类型的对象，initialCapacity表示指定的初始容量，如果不指定，则默认为10。

添加元素

ArrayList中添加元素的方法如下：

boolean add(E e): 将元素e添加到列表末尾，并返回true
void add(int index, E element): 在指定位置index处添加元素element

访问元素

ArrayList中访问元素的方法如下：

E get(int index): 返回指定位置index处的元素
E set(int index, E element): 将指定位置index处的元素替换为element

删除元素

ArrayList中删除元素的方法如下：

E remove(int index): 删除并返回指定位置index处的元素
boolean remove(Object o): 删除列表中第一次出现的元素o

查询元素

ArrayList中查询元素的方法如下：

boolean contains(Object o): 判断列表是否包含元素o
int indexOf(Object o): 返回列表中第一次出现元素o的位置
int lastIndexOf(Object o): 返回列表中最后一次出现元素o的位置

遍历元素

ArrayList中遍历元素的方法如下：

for (E e : list) {
// 对元素e进行操作
}

也可以使用迭代器来遍历元素：

Iterator<E> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
E e = iterator.next();
// 对元素e进行操作
}

容量管理

ArrayList中容量管理的方法如下：

void ensureCapacity(int minCapacity): 增加ArrayList的容量，确保它至少能容纳minCapacity个元素。
void trimToSize(): 减小ArrayList的容量，使其等于元素数量。

LinkedList

LinkedList是Java中的双向链表，实现了List接口，可以存储任意类型的对象。与ArrayList相比，LinkedList的插入和删除操作效率更高，但访问元素的效率较低。在实际开发中，如果需要频繁进行插入、删除操作，建议使用LinkedList。

创建LinkedList

LinkedList的创建方式如下：

LinkedList list = new LinkedList(); // 无参构造函数

添加元素

LinkedList中添加元素的方法如下：

boolean add(E e): 将元素e添加到列表末尾，并返回true
void add(int index, E element): 在指定位置index处添加元素element
void addFirst(E e): 将元素e添加到列表头部
void addLast(E e): 将元素e添加到列表尾部

访问元素

LinkedList中访问元素的方法如下：

E get(int index): 返回指定位置index处的元素
E getFirst(): 返回列表第一个元素
E getLast(): 返回列表最后一个元素

删除元素

LinkedList中删除元素的方法如下：

E remove(int index): 删除并返回指定位置index处的元素
boolean remove(Object o): 删除列表中第一次出现的元素o
E removeFirst(): 删除并返回列表的第一个元素
E removeLast(): 删除并返回列表的最后一个元素

查询元素

LinkedList中查询元素的方法如下：

boolean contains(Object o): 判断列表是否包含元素o
int indexOf(Object o): 返回列表中第一次出现元素o的位置
int lastIndexOf(Object o): 返回列表中最后一次出现元素o的位置

遍历元素

LinkedList中遍历元素的方法与ArrayList相同，可以使用foreach循环或迭代器进行遍历。

Set接口

Set接口是不允许重复元素的集合。Set接口中不能有重复元素是因为它使用equals()方法来判断两个元素是否相等，如果两个元素相等，则只能存储一个。
常见的Set实现类有HashSet和TreeSet。

HashSet

HashSet是Java中常用的基于哈希表实现的集合，它是Set接口的一个实现类，可以存储任意类型的对象，并且不允许重复元素。HashSet的查找、插入和删除操作都具有较高的效率，在实际开发中使用较多。

创建HashSet

HashSet的创建方式如下：

HashSet set = new HashSet(); // 无参构造函数
HashSet set = new HashSet(int initialCapacity); // 指定初始容量的构造函数
HashSet set = new HashSet(int initialCapacity, float loadFactor); // 指定初始容量和负载因子的构造函数

其中，E表示泛型参数，可以是任意类型的对象，initialCapacity表示指定的初始容量，如果不指定，则默认为16；loadFactor表示负载因子，如果不指定，则默认为0.75。

添加元素

HashSet中添加元素的方法如下：

boolean add(E e): 将元素e添加到集合中，并返回true，如果元素已经存在则返回false

删除元素

HashSet中删除元素的方法如下：

boolean remove(Object o): 删除集合中第一次出现的元素o
void clear(): 清空集合中的所有元素

查询元素

HashSet中查询元素的方法如下：

boolean contains(Object o): 判断集合是否包含元素o

遍历元素

HashSet中遍历元素的方法如下：

for (E e : set) {
// 对元素e进行操作
}

也可以使用迭代器来遍历元素：

Iterator<E> iterator = set.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
E e = iterator.next();
// 对元素e进行操作
}

容量管理

HashSet中容量管理的方法如下：

int size(): 返回集合中元素的数量
boolean isEmpty(): 判断集合是否为空
void ensureCapacity(int minCapacity): 增加HashSet的容量，确保它至少能容纳minCapacity个元素。

TreeSet

TreeSet是Java中基于红黑树实现的有序集合，它是SortedSet接口的一个实现类，可以存储任意类型的对象，并且保证元素按照自然顺序或指定的比较器顺序进行排序。TreeSet的插入、删除和查询操作都具有较高的效率，在实际开发中使用较多。

TreeSet是Set接口的另一个实现类，它内部采用平衡二叉树来存储元素，来保证TreeSet集合中没有重复的元素，并且可以对元素进行排序。

二叉树就是每个节点最多有两个子节点的有序树，每个节点及其子节点组成的树称为子树，左侧的节点称为"左子树"，右侧的节点称为"右子树"，其中左子树上的元素小于它的根结点，而右子树上的元素大于它的根结点。

TreeSet集合没有元素时，新增的第1个元素会在二叉树最顶层；
接着新增元素时，首先会与根结点元素比较;
如果小于根节点元素就与左边的分支比较;
如果大于根节点元素就与右边的分支比较;

创建TreeSet

TreeSet的创建方式如下：

TreeSet set = new TreeSet(); // 无参构造函数
TreeSet set = new TreeSet(Comparator<? super E> comparator); // 指定比较器的构造函数

其中，E表示泛型参数，可以是任意类型的对象，comparator表示指定的比较器。

添加元素

TreeSet中添加元素的方法如下：
boolean add(E e): 将元素e添加到集合中，并返回true，如果元素已经存在则返回false

删除元素

TreeSet中删除元素的方法如下：

boolean remove(Object o): 删除集合中第一次出现的元素o
void clear(): 清空集合中的所有元素

查询元素

TreeSet中查询元素的方法如下：

boolean contains(Object o): 判断集合是否包含元素o

遍历元素

TreeSet中遍历元素的方法如下：

for (E e : set) {
// 对元素e进行操作
}

也可以使用迭代器来遍历元素：

Iterator<E> iterator = set.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
E e = iterator.next();
// 对元素e进行操作
}

容量管理

TreeSet中容量管理的方法如下：

int size(): 返回集合中元素的数量
boolean isEmpty(): 判断集合是否为空

Map接口

Map接口是键值对集合。Map接口中的每个元素都包含一个key和一个value，key用来唯一标识一个元素。
常见的Map实现类有HashMap和TreeMap。

HashMap

HashMap是Java中常用的基于哈希表实现的Map，它实现了Map接口，可以存储键值对，并且支持快速的查找、插入和删除操作，在实际开发中使用较多。

创建HashMap

HashMap的创建方式如下：

HashMap<K, V> map = new HashMap<K, V>(); // 无参构造函数
HashMap<K, V> map = new HashMap<K, V>(int initialCapacity); // 指定初始容量的构造函数
HashMap<K, V> map = new HashMap<K, V>(int initialCapacity, float loadFactor); // 指定初始容量和负载因子的构造函数

其中，K表示键的类型，V表示值的类型，initialCapacity表示指定的初始容量，如果不指定，则默认为16；loadFactor表示负载因子，如果不指定，则默认为0.75。

添加元素

HashMap中添加元素的方法如下：

V put(K key, V value): 将键值对(key, value)添加到map中，并返回之前与key关联的值，如果没有则返回null

删除元素

HashMap中删除元素的方法如下：

V remove(Object key): 根据键key删除map中对应的键值对，返回之前与key关联的值，如果没有则返回null
void clear(): 清空map中的所有键值对

查询元素

HashMap中查询元素的方法如下：

boolean containsKey(Object key): 判断map中是否包含键key
boolean containsValue(Object value): 判断map中是否包含值value
V get(Object key): 返回键key对应的值，如果不存在则返回null

遍历元素

HashMap中遍历元素的方法如下：

遍历键:

for (K key : map.keySet()) {
// 对键key进行操作
}

遍历值:

for (V value : map.values()) {
// 对值value进行操作
}

遍历键值对:

for (Map.Entry<K, V> entry : map.entrySet()) {
K key = entry.getKey();
V value = entry.getValue();
// 对键值对(key, value)进行操作
}

容量管理

HashMap中容量管理的方法如下：

int size(): 返回map中键值对的数量
boolean isEmpty(): 判断map是否为空
void ensureCapacity(int minCapacity): 增加HashMap的容量，确保它至少能容纳minCapacity个键值对。

TreeMap

TreeMap是Java中基于红黑树实现的有序Map，它实现了SortedMap接口，可以存储键值对，并且保证按照自然顺序或指定的比较器顺序进行排序。TreeMap的插入、删除和查询操作都具有较高的效率，在实际开发中使用较多。

创建TreeMap

TreeMap的创建方式如下：

TreeMap<K, V> map = new TreeMap<K, V>(); // 无参构造函数
TreeMap<K, V> map = new TreeMap<K, V>(Comparator<? super K> comparator); // 指定比较器的构造函数

其中，K表示键的类型，V表示值的类型，comparator表示指定的比较器。

添加元素

TreeMap中添加元素的方法如下：

V put(K key, V value): 将键值对(key, value)添加到map中，并返回之前与key关联的值，如果没有则返回null

删除元素

TreeMap中删除元素的方法如下：

V remove(Object key): 根据键key删除map中对应的键值对，返回之前与key关联的值，如果没有则返回null
void clear(): 清空map中的所有键值对

查询元素

TreeMap中查询元素的方法如下：

boolean containsKey(Object key): 判断map中是否包含键key
boolean containsValue(Object value): 判断map中是否包含值value
V get(Object key): 返回键key对应的值，如果不存在则返回null

遍历元素

TreeMap中遍历元素的方法如下：

遍历键:

for (K key : map.keySet()) {
// 对键key进行操作
}

遍历值:

for (V value : map.values()) {
// 对值value进行操作
}

遍历键值对:

for (Map.Entry<K, V> entry : map.entrySet()) {
K key = entry.getKey();
V value = entry.getValue();
// 对键值对(key, value)进行操作
}

容量管理

TreeMap中容量管理的方法如下：

int size(): 返回map中键值对的数量
boolean isEmpty(): 判断map是否为空

迭代器

迭代器是Collection框架中用于遍历集合的工具。Iterator接口定义了迭代器的基本方法，可以使用它来遍历集合中的元素。

在Java中，Iterator是一种用于遍历集合（Collection）和Map等数据结构的迭代器。它提供了一种统一的遍历方式，使得我们可以在不知道集合内部结构的情况下，逐个访问其中的元素。

获取Iterator

在Java中，获取一个Iterator对象通常有两种方法：

通过集合的iterator()方法获取：

Iterator iterator = collection.iterator();

通过Map的entrySet()方法获取：

Iterator<Map.Entry<K, V>> iterator = map.entrySet().iterator();

遍历集合

使用Iterator遍历集合的基本步骤如下：

使用collection.iterator()方法获取Iterator对象；
使用while循环和hasNext()方法判断是否还有元素可以遍历；
使用next()方法获取下一个元素，并进行相应的操作。
示例代码如下：

Iterator<String> iterator = set.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
String element = iterator.next();
// 对元素element进行操作
}

删除元素

在使用Iterator遍历集合时，如果需要删除其中的元素，应该使用Iterator的remove()方法来实现。因为直接使用集合的remove()方法可能会导致并发修改异常（ConcurrentModificationException）。

示例代码如下：

Iterator<String> iterator = set.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
String element = iterator.next();
if (needToRemove(element)) {
iterator.remove();
}
}

注意事项

在使用Iterator遍历集合时，需要注意以下几点：

不要在迭代过程中直接修改集合，而是应该通过Iterator的remove()方法来删除元素；
不要多次调用Iterator的next()方法，而是应该将它的返回值保存到一个变量中，以免导致遍历出错；
对于同一个集合，不要同时使用多个Iterator对象进行遍历，否则可能会出现并发修改异常。

泛型

Java中的泛型是指在定义类或接口时，使用类型参数来替代数据类型。这样可以增强代码的可读性和安全性，避免运行时类型转换错误。

Java泛型是一种将数据类型作为参数进行传递的机制，它可以让程序员在编写代码时指定数据类型，使得程序更加灵活、可读性更高、泛化程度更强。泛型可以应用于类、接口、方法等，其中最常见的是泛型类和泛型方法。

泛型类
泛型类是一种具有泛型参数的类，可以在定义类时通过<>符号来指定泛型参数，如下所示：

public class MyClass<T> {
private T data;
public void setData(T data) {
this.data = data;
}
public T getData() {
return data;
}
}

在上述示例中，MyClass类拥有一个泛型参数T，使用setData()方法和getData()方法对data进行赋值和读取，这两个方法的返回值和参数类型都是T类型。

泛型方法
泛型方法是一种具有泛型参数的方法，可以在定义方法时通过<>符号来指定泛型参数，如下所示：

public static <T> void printArray(T[] array) {
for (T element : array) {
System.out.println(element);
}
}

在上述示例中，printArray()方法拥有一个泛型参数T，它可以接受任意类型的数组，并使用for-each循环遍历数组中的元素。

通配符
通配符是一种特殊的泛型参数，用于表示未知的数据类型。Java中有三种通配符：?、? extends T和? super T。

?表示任意类型的数据；
? extends T表示T类型或T的子类；
? super T表示T类型或T的父类。
通配符常用于方法的参数类型或返回值类型中，以增加程序的灵活性和泛化程度。

泛型限制
在使用泛型时，有时需要对泛型类型进行限制，以确保程序的正确性和安全性。Java中可以通过extends和super关键字来对泛型类型进行限制。

在泛型类或泛型方法中，使用extends关键字对泛型类型进行上限限制：

public class MyClass<T extends Number> {
// ...
}

上述示例中，MyClass类对泛型类型T进行了上限限制，使得T只能是Number类型或其子类型。

在泛型方法中，使用super关键字对泛型类型进行下限限制：

public static <T> void copy(List<? super T> dest, List<? extends T> src) {
for (T element : src) {
dest.add(element);
}
}

上述示例中，copy()方法对dest集合中元素的类型进行了下限限制，使得它只能是T类型或T的父类型。

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集合框架的层次结构

Collection接口

相关方法

List接口

ArrayList

创建ArrayList

添加元素

访问元素

删除元素

查询元素

遍历元素

容量管理

LinkedList

创建LinkedList

添加元素

访问元素

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Set接口

HashSet

创建HashSet

添加元素

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查询元素

遍历元素

容量管理

TreeSet

创建TreeSet

添加元素

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容量管理

Map接口

HashMap

创建HashMap

添加元素

删除元素

查询元素

遍历元素

容量管理

TreeMap

创建TreeMap

添加元素

删除元素

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遍历元素

容量管理

迭代器

获取Iterator

遍历集合

删除元素

注意事项

泛型