java基礎筆記(十二)——單列集合collection
第一章 List集合
我們掌握了Collection介面的使用後，再來看看Collection介面中的子類，他們都具備那些特性呢？
接下來，我們一起學習Collection中的常用幾個子類（java.util.List集合、java.util.Set集合）。
1.1 List介面介紹
java.util.List介面繼承自Collection介面，是單列集合的一個重要分支，習慣性地會將實現了List介面的物件稱為List集合。在List集合中允許出現重複的元素，所有的元素是以一種線性方式進行儲存的，在程式中可以通過索引來訪問集合中的指定元素。另外，List集合還有一個特點就是元素有序，即元素的存入順序和取出順序一致。
看完API，我們總結一下：
List介面特點：
- 它是一個元素存取有序的集合。例如，存元素的順序是11、22、33。那麼集合中，元素的儲存就是按照11、22、33的順序完成的）。
- 它是一個帶有索引的集合，通過索引就可以精確的操作集合中的元素（與陣列的索引是一個道理）。
- 集合中可以有重複的元素，通過元素的equals方法，來比較是否為重複的元素。
tips:我們在基礎班的時候已經學習過List介面的子類java.util.ArrayList類，該類中的方法都是來自List中定義。
1.2 List介面中常用方法
List作為Collection集合的子介面，不但繼承了Collection介面中的全部方法，而且還增加了一些根據元素索引來操作集合的特有方法，如下：
public void add(int index, E element): 將指定的元素，新增到該集合中的指定位置上。public E get(int index):返回集合中指定位置的元素。public E remove(int index): 移除列表中指定位置的元素, 返回的是被移除的元素。public E set(int index, E element):用指定元素替換集合中指定位置的元素,返回值的更新前的元素。
List集合特有的方法都是跟索引相關，我們在基礎班都學習過，那麼我們再來複習一遍吧：
public class ListDemo { public static void main(String[] args) { // 建立List集合物件 List<String> list = new ArrayList<String>(); // 往 尾部新增 指定元素 list.add("圖圖"); list.add("小美"); list.add("不高興"); System.out.println(list); // add(int index,String s) 往指定位置新增 list.add(1,"沒頭腦"); System.out.println(list); // String remove(int index) 刪除指定位置元素 返回被刪除元素 // 刪除索引位置為2的元素 System.out.println("刪除索引位置為2的元素"); System.out.println(list.remove(2)); System.out.println(list); // String set(int index,String s) // 在指定位置 進行 元素替代（改） // 修改指定位置元素 list.set(0, "三毛"); System.out.println(list); // String get(int index) 獲取指定位置元素 // 跟size() 方法一起用 來 遍歷的 for(int i = 0;i<list.size();i++){ System.out.println(list.get(i)); } //還可以使用增強for for (String string : list) { System.out.println(string); } } }
第二章 List的子類
2.1 ArrayList集合
java.util.ArrayList集合資料儲存的結構是陣列結構。元素增刪慢，查詢快，由於日常開發中使用最多的功能為查詢資料、遍歷資料，所以ArrayList是最常用的集合。
許多程式設計師開發時非常隨意地使用ArrayList完成任何需求，並不嚴謹，這種用法是不提倡的。
2.2 LinkedList集合
java.util.LinkedList集合資料儲存的結構是連結串列結構。方便元素新增、刪除的集合。
LinkedList是一個雙向連結串列，那麼雙向連結串列是什麼樣子的呢，我們用個圖瞭解下
實際開發中對一個集合元素的新增與刪除經常涉及到首尾操作，而LinkedList提供了大量首尾操作的方法。這些方法我們作為了解即可：
public void addFirst(E e):將指定元素插入此列表的開頭。public void addLast(E e):將指定元素新增到此列表的結尾。public E getFirst():返回此列表的第一個元素。public E getLast():返回此列表的最後一個元素。public E removeFirst():移除並返回此列表的第一個元素。public E removeLast():移除並返回此列表的最後一個元素。public E pop():從此列表所表示的堆疊處彈出一個元素。public void push(E e):將元素推入此列表所表示的堆疊。public boolean isEmpty()：如果列表不包含元素，則返回true。
LinkedList是List的子類，List中的方法LinkedList都是可以使用，這裡就不做詳細介紹，我們只需要瞭解LinkedList的特有方法即可。在開發時，LinkedList集合也可以作為堆疊，佇列的結構使用。（瞭解即可）
方法演示：
public class LinkedListDemo {
public static void main(String[] args) {
LinkedList<String> link = new LinkedList<String>();
//新增元素
link.addFirst("abc1");
link.addFirst("abc2");
link.addFirst("abc3");
System.out.println(link);
// 獲取元素
System.out.println(link.getFirst());
System.out.println(link.getLast());
// 刪除元素
System.out.println(link.removeFirst());
System.out.println(link.removeLast());
while (!link.isEmpty()) { //判斷集合是否為空
System.out.println(link.pop()); //彈出集合中的棧頂元素
}
System.out.println(link);
}
}
第三章 Set介面
java.util.Set介面和java.util.List介面一樣，同樣繼承自Collection介面，它與Collection介面中的方法基本一致，並沒有對Collection介面進行功能上的擴充，只是比Collection介面更加嚴格了。與List介面不同的是，Set介面中元素無序，並且都會以某種規則保證存入的元素不出現重複。
Set集合有多個子類，這裡我們介紹其中的java.util.HashSet、java.util.LinkedHashSet這兩個集合。
tips:Set集合取出元素的方式可以採用：迭代器、增強for。
3.1 HashSet集合介紹
java.util.HashSet是Set介面的一個實現類，它所儲存的元素是不可重複的，並且元素都是無序的(即存取順序不一致)。java.util.HashSet底層的實現其實是一個java.util.HashMap支援，由於我們暫時還未學習，先做了解。
HashSet是根據物件的雜湊值來確定元素在集合中的儲存位置，因此具有良好的存取和查詢效能。保證元素唯一性的方式依賴於：hashCode與equals方法。
我們先來使用一下Set集合儲存，看下現象，再進行原理的講解:
public class HashSetDemo {
public static void main(String[] args) {
//建立 Set集合
HashSet<String> set = new HashSet<String>();
//新增元素
set.add(new String("cba"));
set.add("abc");
set.add("bac");
set.add("cba");
//遍歷
for (String name : set) {
System.out.println(name);
}
}
}
輸出結果如下，說明集合中不能儲存重複元素：
cba
abc
bac
tips:根據結果我們發現字串"cba"只儲存了一個，也就是說重複的元素set集合不儲存。
3.2 HashSet集合儲存資料的結構（雜湊表）
什麼是雜湊表呢？
在JDK1.8之前，雜湊表底層採用陣列+連結串列實現，即使用連結串列處理衝突，同一hash值的連結串列都儲存在一個連結串列裡。但是當位於一個桶中的元素較多，即hash值相等的元素較多時，通過key值依次查詢的效率較低。而JDK1.8中，雜湊表儲存採用陣列+連結串列+紅黑樹實現，當連結串列長度超過閾值（8）時，將連結串列轉換為紅黑樹，這樣大大減少了查詢時間。
簡單的來說，雜湊表是由陣列+連結串列+紅黑樹（JDK1.8增加了紅黑樹部分）實現的，如下圖所示。
看到這張圖就有人要問了，這個是怎麼儲存的呢？
為了方便大家的理解我們結合一個儲存流程圖來說明一下：
總而言之，JDK1.8引入紅黑樹大程度優化了HashMap的效能，那麼對於我們來講保證HashSet集合元素的唯一，其實就是根據物件的hashCode和equals方法來決定的。如果我們往集合中存放自定義的物件，那麼保證其唯一，就必須複寫hashCode和equals方法建立屬於當前物件的比較方式。
3.3 HashSet儲存自定義型別元素
給HashSet中存放自定義型別元素時，需要重寫物件中的hashCode和equals方法，建立自己的比較方式，才能保證HashSet集合中的物件唯一
建立自定義Student類
public class Student {
private String name;
private int age;
public Student() {
}
public Student(String name, int age) {
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 boolean equals(Object o) {
if (this == o)
return true;
if (o == null || getClass() != o.getClass())
return false;
Student student = (Student) o;
return age == student.age &&
Objects.equals(name, student.name);
}
@Override
public int hashCode() {
return Objects.hash(name, age);
}
}
public class HashSetDemo2 {
public static void main(String[] args) {
//建立集合物件 該集合中儲存 Student型別物件
HashSet<Student> stuSet = new HashSet<Student>();
//儲存
Student stu = new Student("于謙", 43);
stuSet.add(stu);
stuSet.add(new Student("郭德綱", 44));
stuSet.add(new Student("于謙", 43));
stuSet.add(new Student("郭麒麟", 23));
stuSet.add(stu);
for (Student stu2 : stuSet) {
System.out.println(stu2);
}
}
}
執行結果：
Student [name=郭德綱, age=44]
Student [name=于謙, age=43]
Student [name=郭麒麟, age=23]
3.4 LinkedHashSet
我們知道HashSet保證元素唯一，可是元素存放進去是沒有順序的，那麼我們要保證有序，怎麼辦呢？
在HashSet下面有一個子類java.util.LinkedHashSet，它是連結串列和雜湊表組合的一個數據儲存結構。
演示程式碼如下:
public class LinkedHashSetDemo {
public static void main(String[] args) {
Set<String> set = new LinkedHashSet<String>();
set.add("bbb");
set.add("aaa");
set.add("abc");
set.add("bbc");
Iterator<String> it = set.iterator();
while (it.hasNext()) {
System.out.println(it.next());
}
}
}
結果：
bbb
aaa
abc
bbc
3.5 可變引數
在JDK1.5之後，如果我們定義一個方法需要接受多個引數，並且多個引數型別一致，我們可以對其簡化成如下格式：
修飾符 返回值型別 方法名(引數型別... 形參名){ }
其實這個書寫完全等價與
修飾符 返回值型別 方法名(引數型別[] 形參名){ }
只是後面這種定義，在呼叫時必須傳遞陣列，而前者可以直接傳遞資料即可。
JDK1.5以後。出現了簡化操作。... 用在引數上，稱之為可變引數。
同樣是代表陣列，但是在呼叫這個帶有可變引數的方法時，不用建立陣列(這就是簡單之處)，直接將陣列中的元素作為實際引數進行傳遞，其實編譯成的class檔案，將這些元素先封裝到一個數組中，在進行傳遞。這些動作都在編譯.class檔案時，自動完成了。
程式碼演示：
public class ChangeArgs {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = { 1, 4, 62, 431, 2 };
int sum = getSum(arr);
System.out.println(sum);
// 6 7 2 12 2121
// 求 這幾個元素和 6 7 2 12 2121
int sum2 = getSum(6, 7, 2, 12, 2121);
System.out.println(sum2);
}
/*
* 完成陣列 所有元素的求和 原始寫法
public static int getSum(int[] arr){
int sum = 0;
for(int a : arr){
sum += a;
}
return sum;
}
*/
//可變引數寫法
public static int getSum(int... arr) {
int sum = 0;
for (int a : arr) {
sum += a;
}
return sum;
}
}
tips: 上述add方法在同一個類中，只能存在一個。因為會發生呼叫的不確定性
注意：如果在方法書寫時，這個方法擁有多引數，引數中包含可變引數，可變引數一定要寫在引數列表的末尾位置。
第四章 Collections
4.1 常用功能
java.utils.Collections是集合工具類，用來對集合進行操作。部分方法如下：
public static <T> boolean addAll(Collection<T> c, T... elements):往集合中新增一些元素。public static void shuffle(List<?> list) 打亂順序:打亂集合順序。public static <T> void sort(List<T> list):將集合中元素按照預設規則排序。public static <T> void sort(List<T> list，Comparator<? super T> ):將集合中元素按照指定規則排序。
程式碼演示：
public class CollectionsDemo {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
//原來寫法
//list.add(12);
//list.add(14);
//list.add(15);
//list.add(1000);
//採用工具類 完成 往集合中新增元素
Collections.addAll(list, 5, 222, 1，2);
System.out.println(list);
//排序方法
Collections.sort(list);
System.out.println(list);
}
}
結果：
[5, 222, 1, 2]
[1, 2, 5, 222]
程式碼演示之後 ，發現我們的集合按照順序進行了排列，可是這樣的順序是採用預設的順序，如果想要指定順序那該怎麼辦呢？
我們發現還有個方法沒有講，public static <T> void sort(List<T> list，Comparator<? super T> ):將集合中元素按照指定規則排序。接下來講解一下指定規則的排列。
4.2 Comparator比較器
我們還是先研究這個方法
public static <T> void sort(List<T> list):將集合中元素按照預設規則排序。
不過這次儲存的是字串型別。
public class CollectionsDemo2 {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("cba");
list.add("aba");
list.add("sba");
list.add("nba");
//排序方法
Collections.sort(list);
System.out.println(list);
}
}
結果：
[aba, cba, nba, sba]
我們使用的是預設的規則完成字串的排序，那麼預設規則是怎麼定義出來的呢？
說到排序了，簡單的說就是兩個物件之間比較大小，那麼在JAVA中提供了兩種比較實現的方式，一種是比較死板的採用java.lang.Comparable介面去實現，一種是靈活的當我需要做排序的時候在去選擇的java.util.Comparator介面完成。
那麼我們採用的public static <T> void sort(List<T> list)這個方法完成的排序，實際上要求了被排序的型別需要實現Comparable介面完成比較的功能，在String型別上如下：
public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
String類實現了這個介面，並完成了比較規則的定義，但是這樣就把這種規則寫死了，那比如我想要字串按照第一個字元降序排列，那麼這樣就要修改String的原始碼，這是不可能的了，那麼這個時候我們可以使用
public static <T> void sort(List<T> list，Comparator<? super T> )方法靈活的完成，這個裡面就涉及到了Comparator這個介面，位於位於java.util包下，排序是comparator能實現的功能之一,該介面代表一個比較器，比較器具有可比性！顧名思義就是做排序的，通俗地講需要比較兩個物件誰排在前誰排在後，那麼比較的方法就是：
-
public int compare(String o1, String o2)：比較其兩個引數的順序。兩個物件比較的結果有三種：大於，等於，小於。
如果要按照升序排序，
則o1 小於o2，返回（負數），相等返回0，01大於02返回（正數）
如果要按照降序排序
則o1 小於o2，返回（正數），相等返回0，01大於02返回（負數）
操作如下:
public class CollectionsDemo3 {
public static void main(String[] args) {
ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("cba");
list.add("aba");
list.add("sba");
list.add("nba");
//排序方法 按照第一個單詞的降序
Collections.sort(list, new Comparator<String>() {
@Override
public int compare(String o1, String o2) {
return o2.charAt(0) - o1.charAt(0);
}
});
System.out.println(list);
}
}
結果如下：
[sba, nba, cba, aba]
4.3 簡述Comparable和Comparator兩個介面的區別。
Comparable：強行對實現它的每個類的物件進行整體排序。這種排序被稱為類的自然排序，類的compareTo方法被稱為它的自然比較方法。只能在類中實現compareTo()一次，不能經常修改類的程式碼實現自己想要的排序。實現此介面的物件列表（和陣列）可以通過Collections.sort（和Arrays.sort）進行自動排序，物件可以用作有序對映中的鍵或有序集合中的元素，無需指定比較器。
Comparator強行對某個物件進行整體排序。可以將Comparator 傳遞給sort方法（如Collections.sort或 Arrays.sort），從而允許在排序順序上實現精確控制。還可以使用Comparator來控制某些資料結構（如有序set或有序對映）的順序，或者為那些沒有自然順序的物件collection提供排序。
4.4 練習
建立一個學生類，儲存到ArrayList集合中完成指定排序操作。
Student 初始類
public class Student{
private String name;
private int age;
public Student() {
}
public Student(String name, int age) {
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 "Student{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}
測試類：
public class Demo {
public static void main(String[] args) {
// 建立四個學生物件 儲存到集合中
ArrayList<Student> list = new ArrayList<Student>();
list.add(new Student("rose",18));
list.add(new Student("jack",16));
list.add(new Student("abc",16));
list.add(new Student("ace",17));
list.add(new Student("mark",16));
/*
讓學生 按照年齡排序 升序
*/
// Collections.sort(list);//要求 該list中元素型別 必須實現比較器Comparable介面
for (Student student : list) {
System.out.println(student);
}
}
}
發現，當我們呼叫Collections.sort()方法的時候 程式報錯了。
原因：如果想要集合中的元素完成排序，那麼必須要實現比較器Comparable介面。
於是我們就完成了Student類的一個實現，如下：
public class Student implements Comparable<Student>{
....
@Override
public int compareTo(Student o) {
return this.age-o.age;//升序
}
}
再次測試，程式碼就OK 了效果如下：
Student{name='jack', age=16}
Student{name='abc', age=16}
Student{name='mark', age=16}
Student{name='ace', age=17}
Student{name='rose', age=18}
4.5 擴充套件
如果在使用的時候，想要獨立的定義規則去使用 可以採用Collections.sort(List list,Comparetor
Collections.sort(list, new Comparator<Student>() {
@Override
public int compare(Student o1, Student o2) {
return o2.getAge()-o1.getAge();//以學生的年齡降序
}
});
效果：
Student{name='rose', age=18}
Student{name='ace', age=17}
Student{name='jack', age=16}
Student{name='abc', age=16}
Student{name='mark', age=16}
如果想要規則更多一些，可以參考下面程式碼：
Collections.sort(list, new Comparator<Student>() {
@Override
public int compare(Student o1, Student o2) {
// 年齡降序
int result = o2.getAge()-o1.getAge();//年齡降序
if(result==0){//第一個規則判斷完了 下一個規則 姓名的首字母 升序
result = o1.getName().charAt(0)-o2.getName().charAt(0);
}
return result;
}
});
效果如下：
Student{name='rose', age=18}
Student{name='ace', age=17}
Student{name='abc', age=16}
Student{name='jack', age=16}
Student{name='mark', age=16}