我们能自己写一个容器类，然后使用 for-each 循环码？
2017-12-31 20:33
981 查看
今天继续分享一道Java经典面试题:
直接上题:
我们能自己写一个容器类，然后使用 for-each 循环吗？
可以，你可以写一个自己的容器类。如果你想使用 Java 中增强的循环来遍历，你只需要实现 Iterable 接口。如果你实现 Collection 接口，默认就 具有该属性。
对于for-each的理解答案过于浅 所以上网查询了相关资料进行了拓展，现在分享给大家:
for-each循环是jdk1.5引入的新的语法功能。并不是所有东西都可以使用这个循环的。可以看下Iterable接口的注释，它说明了除了数组外，其他类想要使用for-each循环必须实现这个接口。这一点表明除了数组外的for-each可能底层是由迭代器实现的。
Iterable接口在1.8之前只有一个方法,Iterator<T> iterator()，此方法返回一个迭代器。由于更早出现的Collection接口中早就有了这个同样的方法，所以只需要让Collection接口继承Iterable接口，基于Collection的集合类就可以不做任何更改就使用for-each循环。
对于数组，因为数组不实现Iterable接口，它的for-each实现原理应该和Collection不一样。
下面就通过分析下不同方式编译后的字节码，简单研究下for-each的的底层原理。
一、数组的for-each
下面是的两个很简单的类，可以看出它们的功能是一样的。Java环境使用的是jdk1.8_111。
package iter;
public class TestArray {
public static void main(String[] args) {
//String[] a = {"a", "b", "c"};
long[] a = {2L, 3L, 5L};
for (long i : a) {
System.err.println(i);
}
}
}
package iter;
public class TestArrayFor {
public static void main(String[] args) {
//String[] a = {"a", "b", "c"};
long[] a = {2L, 3L, 5L};
for (int i = 0, len = a.length; i < len; i++) {
System.err.println(a[i]);
}
}
}
TestArray使用for-each，TestArrayFor使用传统for循环，使用long数组是为了字节码中好区分int/long。
用javap -c看下两个类的字节码操作，保存成了文本，具体情况如下。
Compiled from "TestArray.java"
public class iter.TestArray {
public iter.TestArray();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #8 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
public static void main(java.lang.String[]);
Code:
0: iconst_3
1: newarray long
3: dup
4: iconst_0
5: ldc2_w #16 // long 2l
8: lastore
9: dup
10: iconst_1
11: ldc2_w #18 // long 3l
14: lastore
15: dup
16: iconst_2
17: ldc2_w #20 // long 5l
20: lastore
21: astore_1 /* 0-21行，创建long数组a，并保存在线程的当前栈帧的局部变量表的第1格*/
22: aload_1 /* 读取保存在线程的当前栈帧的局部变量表的第1格的对象的引用，就是读取数组a */
23: dup /* 把a的引用复制一遍并且再放到栈顶 */
24: astore 6 /* 把栈顶的数存在线程的当前栈帧的局部变量表的第6格，就是生成a的一个值复制品b并存储起来，暂时不知道为什么这里要复制一次，后面的数组都还是用a表示 */
26: arraylength /* 获取数组长度a.length */
27: istore 5 /* 把数组长度存储在线程的当前栈帧的局部变量表的第5格，22-27隐式执行了int len = a.length */
29: iconst_0 /* 读取数字0（这个就是普通的0）到栈中 */
30: istore 4 /* 把数字0放在线程的当前栈帧的局部变量表的第4格，29-30隐式执行了int i = 0 */
32: goto 51 /* 无条件跳转到51那个地方，开始循环的代码 */
35: aload 6 /* 读取数组a */
37: iload 4 /* 读取i */
39: laload /* 读取a[i] */
40: lstore_2 /* 把a[i]存在线程的当前栈帧的局部变量表的第2格 */
41: getstatic #22 // Field java/lang/System.err:Ljava/io/PrintStream; /* 获取类的static属性，就是System.err */
44: lload_2 /* 读取存在线程的当前栈帧的局部变量表的第2格的数据，就是读取a[i] */
45: invokevirtual #28 // Method java/io/PrintStream.println:(J)V /* 执行虚拟机方法，30-36就是执行System.err.println(a[i]) */
48: iinc 4, 1 /* 将第4格的数字加1，就是执行i++ */
51: iload 4 /* 读取i */
53: iload 5 /* 读取a.length */
55: if_icmplt 35 /* 如果i < len，跳到标记35的那个地方，不满足就往下 */
58: return
}
Compiled from "TestArrayFor.java"
public class iter.TestArrayFor {
public iter.TestArrayFor();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #8 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
public static void main(java.lang.String[]);
Code:
0: iconst_3
1: newarray long
3: dup
4: iconst_0
5: ldc2_w #16 // long 2l
8: lastore
9: dup
10: iconst_1
11: ldc2_w #18 // long 3l
14: lastore
15: dup
16: iconst_2
17: ldc2_w #20 // long 5l
20: lastore
21: astore_1 /* 0-21行，创建long数组a，并保存在线程的当前栈帧的局部变量表的第1格*/
22: iconst_0 /* 读取数字0（这个就是普通的0）到栈中 */
23: istore_2 /* 将栈顶的数字0保存在第二个，22-23就是执行int i = 0; */
24: aload_1 /* 读取保存在线程的当前栈帧的局部变量表的第1格的对象的引用，就是读取数组a */
25: arraylength /* 获取数组长度a.length */
26: istore_3 /* 把数组长度保存在线程的当前栈帧的局部变量表的第3格，24-26就是执行int len = a.length */
27: goto 42 /* 无条件跳到标记42的那个地方，开始循环的代码 */
30: getstatic #22 // Field java/lang/System.err:Ljava/io/PrintStream; /* 获取类的static属性，就是System.err */
33: aload_1 /* 读取数组a */
34: iload_2 /* 读取i */
35: laload /* 读取a[i] */
36: invokevirtual #28 // Method java/io/PrintStream.println:(J)V /* 执行虚拟机方法，30-36就是执行System.err.println(a[i]) */
39: iinc 2, 1 /* 将第2格的数字加1，就是执行i++ */
42: iload_2 /* 读取i */
43: iload_3 /* 读取len */
44: if_icmplt 30 /* 如果i < len，跳到标记30的那个地方，不满足就往下 */
47: return
}
本人对照下字节码指令表，简单翻译了以下，都写在上面，还算是比较清楚。/**/中的就是本人的注释，//开头的是字节码自带的信息，这些信息不能完全算是注释吧，可以算是对字节码中出现的常量的一种直白翻译，让你看得懂这些常量代表什么。
通过编译后的字节码可以看出，数组的for-each和普通的for循环底层原理是一样的，都是用的普通for循环的那一套。数组的for-each比普通for循环多一点点操作，理论上是要慢一点点，这个暂时也不知道是为什么。这也是语法糖的一些代价，语法越简单，反而越不好进行底层优化。不过这个慢一点那真是一点，在循环体比较复杂时，这个差距就更小了，所以基本上可以认为这两种方式效率一样。实际中根据自己的情况选择，如果需要显式使用下标，就用传统for循环，其他的都可以使用for-each循环。
二、Collection的for-each
还是先贴两段简单的对比的代码，代码逻辑一样。Java环境使用的是jdk1.8_111。
package iter;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class TestFor {
public static void main(String[] args) {
List<String> listA = new ArrayList<String>();
for(String str : listA) {
System.err.println(str);
}
}
}
package iter;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
public class TestIter {
public static void main(String[] args) {
List<String> listA = new ArrayList<String>();
for (Iterator<String> iter = listA.iterator(); iter.hasNext();) {
String s = iter.next();
System.err.println(s);
}
}
}
TestFor是for-each循环，TestIter是使用迭代器循环。
还是跟数组的一样分析，贴下编译后的字节码。
Compiled from "TestFor.java"
public class iter.TestFor {
public iter.TestFor();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #8 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
public static void main(java.lang.String[]);
Code:
0: new #16 // class java/util/ArrayList
3: dup
4: invokespecial #18 // Method java/util/ArrayList."<init>":()V
7: astore_1
8: aload_1
9: invokeinterface #19, 1 // InterfaceMethod java/util/List.iterator:()Ljava/util/Iterator;
14: astore_3
15: goto 35
18: aload_3
19: invokeinterface #25, 1 // InterfaceMethod java/util/Iterator.next:()Ljava/lang/Object;
24: checkcast #31 // class java/lang/String
27: astore_2
28: getstatic #33 // Field java/lang/System.err:Ljava/io/PrintStream;
31: aload_2
32: invokevirtual #39 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
35: aload_3
36: invokeinterface #45, 1 // InterfaceMethod java/util/Iterator.hasNext:()Z
41: ifne 18
44: return
}
Compiled from "TestIter.java"
public class iter.TestIter {
public iter.TestIter();
Code:
0: aload_0
1: invokespecial #8 // Method java/lang/Object."<init>":()V
4: return
public static void main(java.lang.String[]);
Code:
0: new #16 // class java/util/ArrayList
3: dup
4: invokespecial #18 // Method java/util/ArrayList."<init>":()V
7: astore_1
8: aload_1
9: invokeinterface #19, 1 // InterfaceMethod java/util/List.iterator:()Ljava/util/Iterator;
14: astore_2
15: goto 35
18: aload_2
19: invokeinterface #25, 1 // InterfaceMethod java/util/Iterator.next:()Ljava/lang/Object;
24: checkcast #31 // class java/lang/String
27: astore_3
28: getstatic #33 // Field java/lang/System.err:Ljava/io/PrintStream;
31: aload_3
32: invokevirtual #39 // Method java/io/PrintStream.println:(Ljava/lang/String;)V
35: aload_2
36: invokeinterface #45, 1 // InterfaceMethod java/util/Iterator.hasNext:()Z
41: ifne 18
44: return
}
这两段字节码中自带的注释很多，基本上看得懂，就不添加注释了。
两段字节码除了几个变量保存在线程的当前栈帧的局部变量表的索引（astore_n，这个n就是索引）不一样外，其余的都是一模一样的。不排除某次编译后连那几个索引值也一样，那就真一模一样了。字节码自带的注释都说了，Collection的for-each底层也是使用迭代器来实现的，两种方式可以说是完全等价的。
对于实现了RandomAccess接口的实现类，因为它们的随机访问操作的时间复杂度为O(1)，大多数情况使用传统for循环会比用迭代器循环（这里的迭代器也可以用for-each替换，上面说了它们底层整体是一样的）要快。至于这一点是为什么，可以看下ArrayList的源码。它的迭代器虽然也是通过下标直接访问elementData数组，但是迭代器多了很多方法调用以及其他的额外操作，现在很多编译器cpu也都会对传统for循环进行特别的优化，在这个层面十几个指令的差别就很大了，这些因素加在一起导致RandomAccess的迭代器比传统for循环要慢一些。对于ArrayList这种，在cpu密集型的应用中应该只使用传统for循环，在循环体执行时间比较长的应用中，传统for循环和迭代器循环的差别就很小了，这时候使用迭代器（for-each循环）也不会明显降低执行效率。
资料转载于博客：http://blog.csdn.net/u011392897/article/details/54562596
内容来自用户分享和网络整理，不保证内容的准确性，如有侵权内容，可联系管理员处理 
相关文章推荐
- 模拟容器的Iterator实现，让自己的类能够使用for-each
- 深入应用c++11读书笔记--使用c++11让程序更简洁、更现代-2.自己实现一个支持范围for循环的类~
- 使用SP_MSForEachTable重建一个数据库中所有的索引
- 集合框架（三）使用Iterator接口来遍历一个集合和使用for-each循环简化
- Python——通过while、for、if—else完成一个小程序 学Python的第三天，郑老师让我们写一个计算车费的小程序，还好之前有写小程序的基础，然后很快就完成了，下面是相关内容(^_^)
- MyEclipse下如何安装和使用ibatis插件（网上的资料对于myeclipse8.5根本就是没有用的，所以我还是自己选择了装了一个eclipse，然后将插件装在了eclipse中）
- Objective-C如何自己实现一个for-each语法形式
- 在开发iOS程序时，有时候需要将时间格式调整成自己希望的格式，这个时候我们可以用NSDateFormatter类来处理。 例如： //实例化一个NSDateFormatter对象 NSDateFor
- 跟大家推荐一个我们自己开发的任务管理系统，我们自己已使用多年，并且在不断完善
- Factory 定义一个接口,客户可以使用这个接口创建一个对象.同时,我们还可以控制对那个类进行实例化
- 使用for-each
- (原創) 如何正確的使用迴圈(使用for_each)? (C/C++) (STL) (template)
- 【原创】使用winform自己做一个消息框， 以取代系统提供的MessageBox
- 让我们自己编写一个操作系统(OS)(一)
- 为了使CallExternalMethod活动工作,我们需要在工作流Runtime中添加一个ExternalDataExchangeService,然后再向ExternalDataExchangeService中添加一个本地服务BugFlowService
- 一个小例子-----读取sql server然后写到xml文件--------jechy你自己看看那些资料吧.我有点冷了,要上楼去了
- 自己写的一个使用CSocket的实例
- 不再使用自动编号了。自己写了一个Id生成器，超级简单
- IronPython for ASP.NET：使用IronPython创建一个简单的Web页面