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集合(上)

程序员文章站 2022-06-06 22:26:21
传统的容器(数组)在进行增、删等破坏性操作时,需要移动元素,可能导致性能问题;同时添加、删除等算法和具体业务耦合在一起,增加了程序开发的复杂度。Java集合框架提供了一套性能优良、使用方便的接口和类,它们位于java.util包中。 1 Collection 接口 Collection是java集合 ......

传统的容器(数组)在进行增、删等破坏性操作时,需要移动元素,可能导致性能问题;同时添加、删除等算法和具体业务耦合在一起,增加了程序开发的复杂度。java集合框架提供了一套性能优良、使用方便的接口和类,它们位于java.util包中。

1 collection 接口

collection是java集合框架(collection-frame)中的顶层接口。collection接口是一个容器,容器中只能存储引用数据类型,建议存同一类型的引用类型,方便后续遍历等操作。容器中的元素可以是有序的、可重复的,称为list接口;也可能是无序的、唯一的,称为set接口。

1.1 集合常用方法

 1 public static void main(string[] args) {
 2         
 3         /**
 4          * 增:add/addall
 5          * 删:clear/remove/removeall/retainall
 6          * 改:
 7          * 查:contains/containsall/isempty/size
 8          */
 9         
10         collection c1 = new arraylist();
11         
12         // 追加
13         c1.add("apple"); // object object = new string("apple");
14         // c1.add(1);         // object object = new integer(1); 
15         c1.add("banana");
16         system.out.println(c1);
17         
18         // 追加一个集合 
19         collection c2 = new arraylist();
20         c2.add("java");
21         c2.add("c++");
22         c1.addall(c2);
23         system.out.println(c1);
24         
25         system.out.println(c1.contains("apple"));
26         c2.add("js");
27         system.out.println(c1.containsall(c2));
28         // c1.clear();
29         system.out.println(c1.isempty());
30         // 返回集合元素的个数
31         system.out.println(c1.size());
32         
33         system.out.println(c1.equals(c2));        
34 }

1.3 集合的遍历

iterable 是一个可遍历的接口,集合接口继承于它,集合支持快速遍历。

for (object item : c1) {
    system.out.println(item.tostring());
}

快速遍历的本质:

collection 继承 iterable 接口,表示集合支持快速遍历。iterable 接口定义了一个方法iterator()用于获取集合的迭代器,是一个 iterator 接口类型,iterator()内部返回一个实现类实现类 iterator 接口。这个实现类一定具有 hasnext 和 next 方法用于判断是否有下一个元素和获取下一个元素。快速遍历就是基于迭代器工作的。

 1 public static void main(string[] args) {
 2         
 3         collection c1 = new arraylist();
 4         c1.add("apple");
 5         c1.add("banana");
 6         c1.add("coco");
 7         
 8         // 快速遍历
 9         // for-each
10         // object 表示元素类型 
11         // item表示迭代变量
12         // c1表示集合
13         for (object item : c1) {
14             system.out.println(item.tostring());
15         }
16         
17         // 方法1
18         iterator it = c1.iterator();
19         while(it.hasnext()) {
20             object item = it.next();
21             system.out.println(item.tostring());
22         }
23         
24         // 方法2(推荐)
25         for(iterator it2=c1.iterator();it2.hasnext();) {
26             object item = it2.next();
27             system.out.println(item.tostring());
28         }    
29 }

查看源码可以看到 next 方法的实现

 1 @suppresswarnings("unchecked")
 2         public e next() {
 3             checkforcomodification();
 4             int i = cursor;
 5             if (i >= size)
 6                 throw new nosuchelementexception();
 7             object[] elementdata = arraylist.this.elementdata;
 8             if (i >= elementdata.length)
 9                 throw new concurrentmodificationexception();
10             cursor = i + 1;
11             return (e) elementdata[lastret = i];
12         }

iterator 方法会返回一个私有类 itr 的实例,该类中定义了一个 cursor 变量,初始值为 0,表示当前”光标“指向的元素索引;定义了一个 lastret 变量初始值为 -1,表示上一个遍历过的元素的索引。每次使用 next 后,将 cursor 赋给 i ,光标 cursor 后移一位,同时返回当前 i 指向的元素,并将 i 赋给 lastret。

iterator 是线程不安全的,不支持在遍历的同时修改集合元素。每次使用 next 的时候,会首先使用 checkforcomodification 方法,查看源码可知,该方法会判断两个变量 modcount、expectedmodcount 是否相等,如果不相等就抛出“同时修改异常”。modcount 是 arraylist 的父类 abstractlist 中定义的一个变量,arraylist 的 add 方法每次执行时,会先调用 ensurecapacityinternal 方法判断容量并自动扩容,该方法又调用了 ensureexplicitcapacity 方法,该方法每次调用时 modcount 会自加一次。而expectedmocount 是在创建 itr 实例时生成的,将arraylist 的 modcount 赋给它,所以当在遍历过程中修改集合元素,next 方法调用时就会抛出“同时修改异常”。

 1 private void ensurecapacityinternal(int mincapacity) {
 2         ensureexplicitcapacity(calculatecapacity(elementdata, mincapacity));
 3     }
 4 
 5     private void ensureexplicitcapacity(int mincapacity) {
 6         modcount++;
 7 
 8         // overflow-conscious code
 9         if (mincapacity - elementdata.length > 0)
10             grow(mincapacity);
11     }

 

2 list 接口

list 继承 collection。list 接口中的元素时有序的、可重复的。list接口中的元素通过索引(index)来确定元素的顺序。可以对列表中每个元素的插入位置进行精确地控制。用户可以根据元素的整数索引(在列表中的位置)访问元素,并搜索列表中的元素。

2.1 list 常用方法

 1 public static void main(string[] args) {
 2         
 3         /**
 4          * 增:add/addall/add(index,el)/addall(index,collection)
 5          * 删:clear/remove/removeall/remove(index)
 6          * 改:set(index,el)
 7          * 查:get(index)/indexof/lastindexof()
 8          * 其他:contains/containsall/isempty/size
 9          */
10         list list1 = new arraylist();
11         // 添加元素
12         list1.add("apple");
13         list1.add("banana");
14         // 在指定位置添加元素
15         list1.add(0, "coco");
16         
17         system.out.println(list1);
18         
19         list list2 = new arraylist();
20         list2.add("java");
21         list2.add("c++");
22         
23         list1.addall(1, list2);
24         system.out.println(list1);
25         
26         // 删除
27         list1.remove(0);
28         system.out.println(list1);
29         
30         // 修改
31         list1.set(0, "javax");
32         system.out.println(list1);
33         
34         // 查
35         system.out.println(list1.get(0));
36         list1.add("apple");
37         list1.add("apple");
38         system.out.println(list1);
39         system.out.println(list1.indexof("apple"));
40         system.out.println(list1.lastindexof("apple"));
41 }

2.2 list 接口的遍历

listiterator 继承于iterator,在iterator的基础上提供了以正向遍历集合,也可以以逆序遍历集合。hasnext/next 以正向遍历;hasprevious/previous 以逆序遍历。

 1 public static void main(string[] args) {
 2     
 3         list list1 = new arraylist();
 4         list1.add("apple");
 5         list1.add("banana");
 6         list1.add("coco");
 7         
 8         // 【1】快速遍历
 9         system.out.println("--for each--");
10         for (object item : list1) {
11             system.out.println(item.tostring());
12         }
13         
14         // 【2】普通for
15         system.out.println("--for--");
16         for(int i=0;i<list1.size();i++) {
17             system.out.println(list1.get(i));
18         }
19         
20         // 【3】集合迭代器
21         system.out.println("--iterator--");
22         iterator it = list1.iterator();
23         while(it.hasnext()) {
24             system.out.println(it.next());
25         }
26         
27         system.out.println("--list iterator--");
28         // 正向遍历
29         listiterator it2 = list1.listiterator();
30         while(it2.hasnext()) {
31             system.out.println(it2.next());
32         }
33         
34         // 逆序遍历
35         while(it2.hasprevious()) {
36             system.out.println(it2.previous());
37         }
38         
39         system.out.println("--list iterator with index--");
40         listiterator it3 = list1.listiterator(1);
41         while(it3.hasnext()) {
42             system.out.println(it3.next());
43         }
44 }

3 arraylist/vector

arraylist 是list接口的实现类,底层数据结构是数组,实现大小可变的数组。arraylist 线程不安全,从 jdk1.2 开始使用。arraylist 底层数据结构是数组,默认数组大小是10,如果添加的元素个数超过默认容量,arraylist会自动拓容,拓容原则:newcapacity = oldcapacity + oldcapacity / 2;如果未来确定序列的元素不在增加,通过调用trimtosize()调制容量至合适的空间。arraylist作为list接口的实现类,常用方法和遍历方法参考list接口。

vector 是list接口的实现类,底层数据结构也是数组,也是大小可变的数组。vector是线程安全的,从 jdk1.0 开始使用。vector底层数据结构是数组,默认数组大小是10,如果添加的元素个数超过默认容量,vector会自动拓容,拓容原则:newcapacity = oldcapacity +capacityincrement(增长因子);如果未来确定序列的元素不在增加,通过调用trimtosize()调制容量至合适的空间。

注意:vector 在实现list接口的同时,同添加了自身特有的方法xxxelement,未来使用时为了程序的可拓展性,一定要按照接口来操作vector。

4 linkedlist

linkedlist是list接口的实现类,底层数据结构是链表。lineklist常用方法和遍历方法参照list接口。linkedlist 线程不安全。

除了实现list接口, 还实现了栈接口(后进先出 lifo),通过 push 和 pop 方法实现栈的操作。

 1 public static void main(string[] args) {
 2         linkedlist list = new linkedlist();
 3         list.push("apple");
 4         list.push("banana");
 5         list.push("coco");
 6         
 7         
 8         system.out.println(list.pop()); //coco
 9         system.out.println(list.pop()); //banana
10         system.out.println(list.pop());
11         
12         // java.util.nosuchelementexception
13         system.out.println(list.pop());
14 }

也实现了队列接口(先进先出 fifo),提供两套方法实现。

add/remove/element() 可能会出现nosuchelementexception异常
 1 public static void main(string[] args) {
 2         
 3         linkedlist queue = new linkedlist();
 4         // 入队
 5         /**
 6          * 队列头                          队列尾
 7          *<-----          <-----
 8          * [apple, banana, coco]
 9          */
10         queue.add("apple");
11         queue.add("banana");
12         queue.add("coco");
13         system.out.println(queue);
14         
15         // 出队
16         system.out.println(queue.remove()); //返回队列头元素,并从队列中移除
17         system.out.println(queue.remove());
18         system.out.println(queue.remove());        
19         system.out.println(queue);
20         
21         // java.util.nosuchelementexception
22         system.out.println(queue.remove());
23         
24         
25         // 获取表头元素
26         system.out.println(queue.element());
27 }
offer/poll/peek 可能会返回特殊值(null)
 1 public static void main(string[] args) {
 2         
 3         linkedlist queue = new linkedlist();
 4         // 入队
 5         /**
 6          * 队列头                          队列尾
 7          *<-----          <-----
 8          * [apple, banana, coco]
 9          */
10         queue.offer("apple");
11         queue.offer("banana");
12         queue.offer("coco");
13         
14         // 出队列
15         //system.out.println(queue.poll());
16         //system.out.println(queue.poll());
17         //system.out.println(queue.poll());
18         system.out.println(queue);
19 
20         //system.out.println(queue.poll());//输出 null
21         
22         // 获取表头元素
23         system.out.println(queue.peek());
24     
25 }

同时也继承了双向队列接口,两头可进可出,一样提供两套方法,一个会抛异常,一个会返回 null。

集合(上)

用法如上面代码类似。

5 listiterator

正如上文讲遍历时所说的,iterator 不支持遍历的过程中修改集合元素,而 listiterator 正好弥补了这个缺陷,arraylist 对象可以使用 listiterator 方法获得一个 listiterator 的实例。listiterator允许程序员按任一方向遍历列表、迭代期间修改列表,并获得迭代器在列表中的当前位置。

 1 public static void main(string[] args) {
 2         arraylist list = new arraylist();
 3         list.add("apple");
 4         list.add("banana");
 5         list.add("coco");
 6         
 7         listiterator it = list.listiterator();
 8         while(it.hasnext()) {
 9             string item = (string) it.next();
10             if(item.equals("banana")) {
11                 it.add("test");  
12                         //在当前光标(cursor)位置插入一个元素,这个 add 方法是属于listiterator 的
13                         // next 方法调用后,光标 cursor 会后移
14             }
15         }
16         
17         system.out.println(list); //[apple, banana, test, coco]
18 }

6 泛型(generic)

6.1 概念

泛型允许开发者在强类型程序设计语言(java)编写代码时定义一些可变部分,这些部分在使用前必须作出指明。泛型就是将类型参数化。

  • arraylist<e> list表示声明了一个列表list,列表的元素是e类型
  • arraylist<string> list = new arraylist<string>();声明了一个列表list,列表的元素只能是string类型。

6.2 泛型的擦除

泛型在编译器起作用,运行时jvm察觉不到泛型的存在。泛型在运行时已经被擦除了。

1 public static void main(string[] args) {
2         arraylist<string> list = new arraylist<string>();
3         list.add("apple");
4         system.out.println(list instanceof arraylist); //true
5         system.out.println(list instanceof arraylist<string>);
6                //cannot perform instanceof check against parameterized type arraylist<string>.
7                // use the form arraylist<?> instead since further generic type information will 
8                //be erased at runtime
9 }

6.3 泛型的应用

泛型类

当一个类中属性的数据类型不确定时,具体是什么类型由使用者来确定时,使用泛型。泛型类的形式:

1 public class 类名<t> {
2     
3 }

定义一个泛型类:

 1 class fanclass<t> {
 2     private t t;
 3 
 4     public t gett() {
 5         return t;
 6     }
 7 
 8     public void sett(t t) {
 9         this.t = t;
10     }
11 
12     public fanclass(t t) {
13         super();
14         this.t = t;
15     }
16 
17     public fanclass() {
18         super();
19     }
20 }
21 public class test01 {
22     public static void main(string[] args) {
23         fanclass<string> fan = new fanclass<string>();
24         fan.sett("apple");
25         
26         fanclass<integer> fan2 = new fanclass<integer>();
27         fan2.sett(1);
28     }
29 }

泛型方法

当一个方法的参数类型不确定时,具体是什么类型由使用者来确定,可以考虑使用泛型方法,泛型方法在调用时确定(指明)类型。形式:

1 public <t> void xxx(t a) {
2     system.out.println(a);
3 }

举例:

 1 class student {
 2     public <t> void showinfo(t a) {
 3         system.out.println(a);
 4     }
 5 }
 6 public class test {
 7         public static void main(string[] args) {
 8         student stu = new student();
 9         stu.showinfo(1);
10         stu.showinfo("apple");
11         stu.showinfo(1.0f);  //传入的参数是什么类型,t 就是什么类型
12     }
13 }