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Java复习之集合框架总结

2017-09-06 11:36 513 查看

俗话说：温故而知新。想想学过的知识，就算是以前学得很不错，久不用了，就会忘记，所以温习一下以前学习的知识我认为是非常有必要的。而本篇文件温习的是 Java基础中的集合框架。

为什么会有集合框架？

平时我们用数组存储一些基本的数据类型，或者是引用数据类型，但是数组的长度是固定的，当添加的元素超过了数组的长度时，需要对数组进行重新的定义，这样就会显得写程序太麻烦，所以Java内部为了我们方便，就提供了集合类，能存储任意对象，长度是可以改变的，随着元素的增加而增加，随着元素的减少而减少。

数组可以存储基本数据类型，也可以存储引用数据类型，基本数据类型存储的是值，引用数据类型存储的是地址，而集合只能存储引用数据类型（也就是对象），其实集合中也可以存储基本数据类型，但是在存储的时候会自动装箱变成对象。

有了集合不意味着我们要抛弃数组，如果需要存储的元素个数是固定的，我们可以使用数组，而当存储的元素不固定，我们使用集合。

集合的种类

集合分为单列集合和双列集合。单列集合的根接口为Collection,双列结合的根接口为Map,两种集合都有基于哈希算法的集合类（HashMap和HashSet），现在我们可能会有疑问，到底是双列集合基于单列集合还是单列集合基于双列集合呢，下面我们来看往集合HashMap和HashSet添加元素的源码：

/*
*HashMap的put 方法
*/
public V put(K key, V value) {
return putVal(hash(key), key, value, false, true);
}
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
boolean evict) {
Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
n = (tab = resize()).length;
if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
else {
Node<K,V> e; K k;
if (p.hash == hash &&
((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
e = p;
else if (p instanceof TreeNode)
e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
else {
for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
if ((e = p.next) == null) {
p.next = newNode(hash, key, value, null);
if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
treeifyBin(tab, hash);
break;
}
if (e.hash == hash &&
((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
break;
p = e;
}
}
if (e != null) { // existing mapping for key
V oldValue = e.value;
if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
e.value = value;
afterNodeAccess(e);
return oldValue;
}
}
++modCount;
if (++size > threshold)
resize();
afterNodeInsertion(evict);
return null;
}
/*
* HashSet 的add 方法
*/
public boolean add(E e) {
return map.put(e, PRESENT)==null;
}
// PRESENT是一个Object 对象
private static final Object PRESENT = new Object();

由上源码，我们可以看出，双列集合的put方法源码中并没有出现add方法，而单列集合的add源码只能怪出现了put；我们可以知道单列集合是基于双列集合实现的。其实道理很简单，单列集合每次添加元素，只要添加key就可以，而key也是双列集合元素的唯一标识，而其值value则由一个Object对象代替并且隐藏，每次加入，输出元素都是隐藏单列结合的这个值，底层基于双列集合，隐藏一列是很好实现的，而如果是单列集合要变成双列集合估计就会有很大的难度，就好比魔术师变魔术，魔术师变东西前肯定事先准备好要变的东西，只是将其隐藏，但是如果魔术师变魔术是真的从无到有，那我估计他就是神仙了，想要什么就变出来什么便是。

单列集合

首先我们看单列结合的继承图，单列集合的根接口是Collection,而List的实现类为ArrayList、LinkedList、Vector，Set接口的实现类是HashSet和TreeSet。

其次我们来看看各个集合的功能

List集合的特有功能概述

    * void add(int index,E element) //集合中添加元素
    * E remove(int index) //删除集合中index位置上的元素
    * E get(int index) //获取集合中index位置上的元素
    * E set(int index,E element) 将index位置上的元素替换成 element

Vector类特有功能

    * public void addElement(E obj) 添加元素
    * public E elementAt(int index) //获取元素
    * public Enumeration elements() //获取元素的枚举（迭代遍历的时候用到）

LinkedList类特有功能

    * public void addFirst(E e)及addLast(E e) //集合头添加元素或者集合尾添加元素
    * public E getFirst()及getLast() //获取头元素获取尾元素
    * public E removeFirst()及public E removeLast() //删除头元素删除尾元素
    * public E get(int index);//获取index元素

根据上述LinkedList的功能，我们可以模拟栈获取队列的数据结构，栈是先进后出，队列为先进先出。

/**
* 模拟的栈对象
* @author 毛麒添
* 底层还是使用LinkedList实现
* 如果实现队列只需要将出栈变为 removeFirst
*/
public class Stack {
private LinkedList linklist=new LinkedList();
/**
* 进栈的方法
* @param obj
*/
public void in(Object obj){
linklist.addLast(obj);
}
/**
* 出栈
*/
public Object out(){
return linklist.removeLast();
}
/**
* 栈是否为空
* @return
*/
public boolean isEmpty(){
return linklist.isEmpty();
}
}
//集合的三种迭代（遍历集合）删除
ArrayList<String> list=new ArrayList();
list.add("a");
list.add("b");
list.add("c");
list.add("world");
//1，普通for循环删除元素
for(int i=0;i<list,size();i++){//删除元素b
if("b".equals(list.get(i))){
list.remove(i--);// i-- 当集合中有重复元素的时候保证要删除的重复元素被删除
}
}
//2.使用迭代器遍历集合
Iterator<String> it=list.iterator();
while(it.hasNext){
if("b".equals(it.next())){
it.remove();//这里必须使用迭代器的删除方法，而不能使用集合的删除方法，否则会出现并发修改异常（ConcurrentModificationException）
}
}
//使用增强for循环来进行删除
for (String str:list){
if("b".equals(str)){
list.remove("b");//增强for循环底层依赖的是迭代器，而这里删除使用的依旧是集合的删除方法，同理肯定是会出现并发修改异常（ConcurrentModificationException），所以增强for循环一直能用来遍历集合，不能对集合的元素进行删除。
}
}

接下里我们看Set集合，我们知道Set 集合存储无序，无索引，不可以存储重复的对象；我们使用Set集合都是需要去掉重复元素的, 如果在存储的时候逐个equals()比较, 效率较低,哈希算法提高了去重复的效率, 降低了使用equals()方法的次数，其中HashSet底层基于哈希算法，当HashSet调用add方法存储对象，先调用对象的hashCode()方法得到一个哈希值, 然后在集合中查找是否有哈希值相同的对象，如果没有哈希值相同的对象就直接存入集合，如果有哈希值相同的对象, 就和哈希值相同的对象逐个进行equals()比较,比较结果为false就存入, true则不存。下面给出HashSet存储自定义对象的一个例子，自定义对象需要重写hashCode()和equals()方法。

/**
* 自定义对象
* @author 毛麒添
* HashSet 使用的bean 重写了equals和HashCode方法
*/
public class Person1 {
private String name;
private int age;
public Person1() {
super();
// TODO Auto-generated constructor stub
}
public Person1(String name, int age) {
super();
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Person1 [name=" + name + ", age=" + age + "]";
}
//使HashSet存储元素唯一
@Override
public int hashCode() {
final int prime = 31;
int result = 1;
result = prime * result + age;
result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
return result;
}
@Override
public boolean equals(Object obj) {
System.out.println("equals调用了");
if (this == obj)
return true;
if (obj == null)
return false;
if (getClass() != obj.getClass())
return false;
Person1 other = (Person1) obj;
if (age != other.age)
return false;
if (name == null) {
if (other.name != null)
return false;
} else if (!name.equals(other.name))
return false;
return true;
}
}
public class Demo1_Hashset {
public static void main(String[] args) {
HashSet<Person1> hs=new HashSet<Person1>();
hs.add(new Person1("张三", 23));
hs.add(new Person1("张三", 23));
hs.add(new Person1("李四", 24));
hs.add(new Person1("李四", 24));
hs.add(new Person1("李四", 24));
hs.add(new Person1("李四", 24));
System.out.println(hs);
}

运行结果如图，达到了不存储重复自定义对象的目的。其实HashSet的下面还有一个LinkedHashSet,底层是链表实现的，是set中唯一一个能保证怎么存就怎么取的集合对象,是HashSet的子类，保证元素唯一，与HashSet原理一样,这里就不多说了。

最后是TreeSet集合，该集合是用来进行排序的，同样也可以保证元素的唯一，可以指定一个顺序, 对象存入之后会按照指定的顺序排列。

指定排序有两种实现：

Comparable：集合加入自定义对象的时候，自定义对象需要实现Comparable接口，

实现接口的抽象方法中返回0，则集合中只有一个元素
返回正数，则集合中怎么存则怎么取，
返回负数，集合倒序存储

Comparator（比较器）：

创建TreeSet的时候可以制定一个Comparator
如果传入了Comparator的子类对象, 那么TreeSet就会按照比较器中的顺序排序
add()方法内部会自动调用Comparator接口中compare()方法排序
调用的对象是compare方法的第一个参数,集合中的对象是compare方法的第二个参数

原理：

TreeSet底层二叉排序树
返回小的数字存储在树的左边（负数），大的存储在右边（正数），相等则不存（等于0）
在TreeSet集合中如何存取元素取决于compareTo（）方法的返回值

下面来看例子：

/**
* 自定义对象 用于TreeSet
* @author 毛麒添
*
*/
public class Person implements Comparable<Person>{
private String name;
private int age;
public Person(){
super();
}
public Person(String name, int age) {
super();
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Person [name=" + name + ", age=" + age + "]";
}
@Override
public boolean equals(Object obj) {
Person p=(Person) obj;
return this.name.equals(p.name)&&this.age==p.age;
}
@Override
public int hashCode() {
// TODO Auto-generated method stub
return 1;
}
/*//按照年龄进行排序（TreeSet）
@Override
public int compareTo(Person o) {
int number=this.age-o.age;//年龄是比较的主要条件
//当年龄一样的时候比较名字来确定排序
return number==0?this.name.compareTo(o.name):number;
}*/
//按照姓名进行排序（TreeSet）
@Override
public int compareTo(Person o) {
int number=this.name.compareTo(o.name);//姓名是比较的主要条件
//当姓名一样的时候比年龄来确定排序
return number==0?this.age- o.age:number;
}
//按照姓名长度进行排序（TreeSet）
/*@Override
public int compareTo(Person o) {
int length=this.name.length()-o.name.length();//姓名长度比较的次要条件
int number=length==0?this.name.compareTo(o.name):length;//姓名是比较的次要条件
//比年龄也是次要条件
return number==0?this.age- o.age:number;
}*/
}
/**
*
* @author 毛麒添
* TreeSet集合
* 集合加入自定义对象的时候，自定义对象需要实现Comparable接口，
* 实现接口的抽象方法中返回0，则集合中只有一个元素
* 返回正数，则集合中怎么存则怎么取，
* 返回负数，集合倒序存储
*
* 将字符按照长度来进行排序在TreeSet中,需要使用有比较的构造方法进行比较。
*/
public class Demo_TreeSet {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
demo1();//整数存取排序
demo2();//自定义对象排序
//将字符按照长度来进行排序在TreeSet中
TreeSet<String> strLenset=new TreeSet<String>(new compareByLen());
strLenset.add("aaaaa");
strLenset.add("lol");
strLenset.add("wrc");
strLenset.add("wc");
strLenset.add("b");
strLenset.add("wnnnnnnnnnnn");
System.out.println(strLenset);
}
private static void demo2() {
TreeSet<Person> ptreeSet=new TreeSet<Person>();
ptreeSet.add(new Person("李四",12));
ptreeSet.add(new Person("李四",16));
ptreeSet.add(new Person("李青",16));
ptreeSet.add(new Person("王五",19));
ptreeSet.add(new Person("赵六",22));
System.out.println(ptreeSet);
}
private static void demo1() {
TreeSet< Integer> treeSet=new TreeSet<Integer>();
treeSet.add(1);
treeSet.add(1);
treeSet.add(1);
treeSet.add(3);
treeSet.add(3);
treeSet.add(3);
treeSet.add(2);
treeSet.add(2);
treeSet.add(2);
System.out.println(treeSet);
}
}
//TreeSet 构造器，实现compare对需要存储的字符串进行比较
class compareByLen implements Comparator<String>{
//按照字符串的长度进行比较，该方法的返回值和继承Comparable的compareTo方法返回值同理。
@Override
public int compare(String o1, String o2) {
int num=o1.length()-o2.length();//以长度为主要条件
return num==0?o1.compareTo(o2):num;//内容为次要条件
}
}

下面是运行截图，其中compareTo的实现方法对几种条件排序进行了实现，具体可以查看Person自定义类中的实现。

单列集合复习就到这里吧。

双列集合

同样的，在复习双列结合之前我们先看看双列集合的继承图。

Map集合的功能梳理：

添加功能

V put(K key,V value):添加元素。
如果键是第一次存储，就直接存储元素，返回null
如果键不是第一次存在，就用值把以前的值替换掉，返回以前的值

删除功能

void clear():移除所有的键值对元素
V remove(Object key)：根据键删除键值对元素，并把值返回

判断功能

boolean containsKey(Object key)：判断集合是否包含指定的键
boolean containsValue(Object value):判断集合是否包含指定的值
boolean isEmpty()：判断集合是否为空

获取功能

Set<Map.Entry<K,V>> entrySet():
V get(Object key):根据键获取值
Set<K> keySet():获取集合中所有键的集合
Collection<V> values():获取集合中所有值的集合

长度功能

int size()：返回集合中的键值对的个数

Map类集合也有三种遍历方式：

使用迭代器进行遍历
使用增强For循环来进行遍历
使用Map.Entry来遍历集合中的元素

下面我们来看看如何实现上面三种遍历方式

/**
*
* @author 毛麒添
* Map 集合的遍历
*/
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
Map<String ,Integer> map=new HashMap<String, Integer>();
map.put("张三", 18);
map.put("李四", 19);
map.put("王五", 20);
map.put("赵六", 21);
//使用迭代器进行遍历
/*Set<String> keySet = map.keySet();//获取所有key的集合
Iterator<String> iterator = keySet.iterator();
while(iterator.hasNext()){
String key = iterator.next();
Integer i=map.get(key);
System.out.println(i);
}*/
//使用增强For循环来进行遍历
for (String key :map.keySet()) {
Integer integer = map.get(key);
System.out.println(integer);
}
/*---------------------------使用Map.Entry来遍历集合中的元素--------------------------*/
Set<Map.Entry<String,Integer>> en=map.entrySet();////获取所有的键值对象的集合
/*//使用迭代器来遍历
Iterator<Entry<String, Integer>> iterator = en.iterator();
while(iterator.hasNext()){
Entry<String, Integer> e=iterator.next();//获取键值对对象
String key = e.getKey();//根据键值对对象获取键
Integer value = e.getValue();//根据键值对对象获取值
System.out.print(key);
System.out.println(value);
}*/
//使用增强for循环来遍历
for (Entry<String, Integer> entry : en) {
String key = entry.getKey();
Integer value = entry.getValue();
System.out.print(key);
System.out.println(value);
}
/*---------------------------使用Map.Entry来遍历集合中的元素--------------------------*/
}
}

LinkHashMap与LinkHashSet一样，怎么存怎么取，保证元素唯一（key 是唯一判定值）,由于保证元素唯一，其性能肯定会低一些，这里就不细说了。

TreeMap是双列集合，其实他和TreeSet是很像的，但是双列集合的键是唯一标识，所以TreeMap排序的是每个元素的键。对于存储自定义对象排序，它也有Comparable和Comparator，下面我们来看例子

/**
*
* @author 毛麒添
* TreeMap
* 通TreeSet 原理，存取自定义对象也需要继承Comparable结构，
* 或者实现比较器Comparator
*/
public class Demo6_TreeMap {
public static void main(String[] args) {
TreeMap<Student, String> tm=new TreeMap<Student, String>(new Comparator<Student>() {
@Override
public int compare(Student s1, Student s2) {
int num=s1.getName().compareTo(s2.getName());//以姓名作为主要比较条件
return num==0?s1.getAge()-s2.getAge():num;
}
});
tm.put(new Student("张三",13),"杭州");
tm.put(new Student("张三",14), "贺州");
tm.put(new Student("王五",15), "广州");
tm.put(new Student("赵六",16), "深圳");
System.out.println(tm);
}
}
/**
* 自定义对象
* @author 毛麒添
* HashMap 存储对象 与 HashSet 同理 需要重写 hashcode 和equals 方法
* TreeMap 实现 Comparable接口
*/
public class Student implements Comparable<Student>{
private int age;
private String name;
public Student(){
super();
}
public Student(String name,int age){
this.name=name;
this.age=age;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
@Override
public String toString() {
return "Student [age=" + age + ", name=" + name + "]";
}
@Override
public int hashCode() {
final int prime = 31;
int result = 1;
result = prime * result + age;
result = prime * result + ((name == null) ? 0 : name.hashCode());
return result;
}
@Override
public boolean equals(Object obj) {
if (this == obj)
return true;
if (obj == null)
return false;
if (getClass() != obj.getClass())
return false;
Student other = (Student) obj;
if (age != other.age)
return false;
if (name == null) {
if (other.name != null)
return false;
} else if (!name.equals(other.name))
return false;
return true;
}
@Override
public int compareTo(Student o) {
int num =this.age-o.age;//以年龄为主要条件
return num==0?this.name.compareTo(o.name):num;//姓名作为次要条件
}
}

到这里，Java集合框架的复习基本完成，最后来一个斗地主的例子对集合框架做一个综合应用，只是实现斗地主洗牌和发牌，至于怎么打牌，逻辑复杂，这里不做实现。

/**
*
* @author 毛麒添
* 模拟斗地主洗牌和发牌，牌排序
* 买一副扑克
* 洗牌
* 发牌
* 看牌
*/
public class Doudizhu_progress {
public static void main(String[] args) {
// TODO Auto-generated method stub
//构造一副扑克牌
String[] number={"3","4","5","6","7","8","9","10","J","Q","K","A","2"};
String[]color={"黑桃","红桃","梅花","方块"};
HashMap<Integer, String> pokerMap=new HashMap<Integer, String>();//存放牌的map
ArrayList<Integer> list=new ArrayList<Integer>();//存放牌的索引
int index=0; //索引
for (String s1 : number) {
for (String s2 : color) {
pokerMap.put(index,s2.concat(s1));
list.add(index);
index++;
}
}
//加入大小王
pokerMap.put(index,"小王");
list.add(index);
index++;
pokerMap.put(index,"大王");
list.add(index);
//洗牌
Collections.shuffle(list);
//System.out.println(list);
//发牌，3个人玩 加上底牌3张 使用TreeSet 来存放索引，并自动对索引排好序
TreeSet<Integer> mao=new TreeSet<Integer>();
TreeSet<Integer> li=new TreeSet<Integer>();
TreeSet<Integer> huang=new TreeSet<Integer>();
TreeSet<Integer> dipai=new TreeSet<Integer>();
for(int i=0;i<list.size();i++){
if(i>=list.size()-3){//最后三张牌，作为底牌
dipai.add(list.get(i));
}else if(i%3==0){
mao.add(list.get(i));
}else if(i%3==1){
li.add(list.get(i));
}else {
huang.add(list.get(i));
}
}
//看牌
lookPoker(pokerMap,mao,"mao");
lookPoker(pokerMap,li,"li");
lookPoker(pokerMap,huang,"huang");
lookPoker(pokerMap,dipai,"底牌");
}
/**
* 看牌的方法
* @param pokerMap 存放牌的map
* @param mao 该玩家的牌的索引集合
* @param name 玩家名字
*/
private static void lookPoker(HashMap<Integer, String> pokerMap,
TreeSet<Integer> mao, String name) {
if(name.equals("底牌")){
System.out.print("地主"+name+"的牌是：");
}else{
System.out.print("玩家"+name+"的牌是：");
}
for (Integer integer : mao) {
System.out.print(pokerMap.get(integer)+" ");
}
System.out.println();
}
}

运行截图：

写在最后：

如果你看到这里，估计你也温故知新了吧，那就这样吧，这篇又臭又长的文章就到这里啦。希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持脚本之家。

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标签： Java 集合框架

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