第三十二講 集合框架——Set介面
Set介面概述
Set集合不允許儲存重複元素，而且不保證元素是有序的(存入和取出的順序有可能一致[有序]，也有可能不一致[無序])。通過檢視JDK文件，發現Set集合的功能和Collection的是一致的，所以Set集合取出的方法只要一個，那就是迭代器。
Set介面的常用子類
HashSet
查閱HashSet集合的API介紹，可發現：
此類實現Set介面，由雜湊表（實際上是一個HashMap例項）支援。它不保證set的迭代順序，特別是它不保證該順序恆久不變。此類允許使用null元素。
通過上面的這句話，我們可以總結出：
- HashSet集合採用雜湊表結構儲存資料，保證元素唯一性的方式依賴於hashCode()與equals()方法(後面會介紹到)；
- HashSet集合不能保證元素的迭代順序與元素儲存順序相同。
雜湊表
雜湊表概述
上面提到了HashSet集合採用雜湊表結構儲存資料，那什麼是雜湊表呢？ 雜湊表底層使用的也是陣列機制，陣列中也存放物件，而這些物件往陣列中存放時的位置比較特殊，當需要把這些物件給陣列存放時，會根據這些物件的特有資料結合相應的演算法，計算出這個物件在陣列中的位置，然後把這個物件存放在陣列中。而這樣的陣列就稱為雜湊陣列，即就是雜湊表。
雜湊表原理
當向雜湊表中存放元素時，需要根據元素的特有資料結合相應的演算法，這個演算法其實就是Object類中的hashCode方法。由於任何物件都是Object類的子類，所以任何物件都擁有這個方法。即就是在雜湊表中存放物件時，會呼叫物件的hashCode方法，算出物件在表中的存放位置，這裡需要注意，如果兩個物件hashCode方法算出來的結果一樣，這種現象稱為雜湊衝突，這時會呼叫物件的equals方法，比較這兩個物件是不是同一個物件，如果equals方法返回的是true，那麼就不會把第二個物件存放在雜湊表中，如果返回的是false，就會把這個物件通過地址連結法或拉鍊法存放在雜湊表中。
雜湊表結構儲存資料的原理用圖來表示：
總結
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，想要保證其唯一，就必須複寫hashCode和equals方法建立屬於當前物件的比較方式。覆蓋hashCode()方法是為了根據元素自身的特點確定雜湊值，覆蓋equals()方法是為了解決雜湊值的衝突。
雜湊表儲存自定義物件
例，往HashSet中儲存學生物件(姓名，年齡)。同姓名，同年齡視為同一個人，不存。
分析：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。
建立自定義物件Student：
public class Student {
private String name;
private int age;
public Student() {
super();
}
public Student(String name, int age) {
super();
this.name = name;
this.age = age;
}
/*
* 覆蓋hashCode方法，根據物件自身的特點定義雜湊值。
*/
public int hashCode() {
final int NUMBER = 37;
return name.hashCode() + age * NUMBER; // 儘量減小雜湊衝突
}
/**
* 還需要定義物件自身判斷內容相同的依據，覆蓋equals()方法。
*/
public boolean equals(Object obj) {
if (this == obj) {
return true;
}
if (!(obj instanceof Student)) {
throw new ClassCastException("型別錯誤");
}
Student stu = (Student) obj;
return this.name.equals(stu.name) && this.age == stu.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 + "]";
}
}
建立HashSet集合，儲存Student物件：
public class HashSetTest {
public static void main(String[] args) {
// 1，建立容器物件
Set set = new HashSet();
// 2，儲存學生物件
set.add(new Student("xiaoqiang", 20));
set.add(new Student("wangcai", 27));
set.add(new Student("xiaoming", 22));
set.add(new Student("xiaoqiang", 20));
set.add(new Student("daniu", 24));
set.add(new Student("wangcai", 27));
// 3，獲取所有學生
for (Iterator it = set.iterator(); it.hasNext();) {
Student stu = (Student) it.next();
System.out.println(stu.getName() + "::" + stu.getAge());
}
}
}
注意：對於判斷元素是否存在，以及刪除、新增等操作，依賴的方法也是元素的hashCode()和equals()方法。
LinkedHashSet
通過查閱LinkedHashSet的API介紹，我們可知道：
具有可預知迭代順序的Set介面的雜湊表和連結列表實現。此實現與HashSet的不同之外在於，後者維護著一個運行於所有條目的雙重連結列表。
可總結為：LinkedHashSet是一個特殊的Set集合，而且是有序的，底層是一個雙向連結串列+雜湊表。
public class LinkedHashSetDemo {
public static void main(String[] args) {
// 1，建立一個Set容器物件
Set set = new LinkedHashSet();
// 2，新增元素
set.add("abc");
set.add("heihei");
set.add("haha");
set.add("nba");
// 3，只能用迭代器取出
for (Iterator it = set.iterator(); it.hasNext();) {
System.out.println(it.next());
}
}
}
執行以上程式，可知LinkedHashSet是有序的。
TreeSet
TreeSet是執行緒不同步的，可以對Set集合中的元素進行排序，底層資料結構是二叉樹（也叫紅黑樹），保證元素唯一性的依據是：比較方法的返回值是0。更通俗一點說就是比較方法的返回值是否是0，只要是0，就是重複元素，不存。
TreeSet對集合中的元素進行排序的方式有兩種，如下：
TreeSet儲存自定義物件，使用TreeSet排序的第一種方式
例1，往TreeSet集合中儲存自定義物件學生。想按照學生的年齡進行排序。
先看TreeSet排序的第一種方式——我們自定義的Student類須實現Comparable介面(該介面強制讓Student類具備比較性)，覆蓋compareTo方法。
int compareTo(T o)：比較此物件與指定物件的順序。如果該物件小於、等於或大於指定物件，則分別返回負整數、零或正整數。
自定義的Student類的程式碼為：
public class Student implements Comparable {
private String name;
private int age;
public Student() {
super();
}
public Student(String name, int age) {
super();
this.name = name;
this.age = age;
}
/*
* 覆蓋hashCode方法，根據物件自身的特點定義雜湊值。
*/
public int hashCode() {
final int NUMBER = 37;
return name.hashCode() + age * NUMBER; // 儘量減小雜湊衝突
}
/**
* 還需要定義物件自身判斷內容相同的依據，覆蓋equals()方法。
*/
public boolean equals(Object obj) {
if (this == obj) {
return true;
}
if (!(obj instanceof Student)) {
throw new ClassCastException("型別錯誤");
}
Student stu = (Student) obj;
return this.name.equals(stu.name) && this.age == stu.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 + "]";
}
/**
* 學生就具備了比較功能。該功能是自然排序使用的方法。
* 自然排序就以年齡的升序排序為主。
*/
@Override
public int compareTo(Object o) {
Student stu = (Student)o;
// 驗證TreeSet集合的add()方法呼叫了compareTo()方法
System.out.println(this.name + ":" + this.age + "......" + stu.name + ":" + stu.age) ;
if (this.age > stu.age)
return 1;
if (this.age < stu.age)
return -1;
return 0;
}
}
接下來編寫一個測試類——TreeSetDemo.java，其程式碼為：
public class TreeSetDemo {
public static void main(String[] args) {
Set set = new TreeSet();
set.add(new Student("xiaoqiang", 20));
set.add(new Student("daniu", 24));
set.add(new Student("xiaoming", 22));
set.add(new Student("tudou", 18));
set.add(new Student("dahuang", 19));
// 3，只能用迭代器取出
for (Iterator it = set.iterator(); it.hasNext();) {
Student stu = (Student) it.next();
System.out.println(stu.getName() + "::" + stu.getAge());
}
}
}
執行以上程式，會發現TreeSet集合中儲存的學生真是按照年齡來升序排序的。
接著我們面臨的需求又發生了變化，同姓名同年齡的學生視為同一個人，是不用存入TreeSet集合中的，而且當年齡相同時，需要按照姓名的自然順序排序。這時自定義的Student類的程式碼需要修改為：
package cn.liayun.domain;
public class Student implements Comparable {
private String name;
private int age;
public Student() {
super();
}
public Student(String name, int age) {
super();
this.name = name;
this.age = age;
}
/**
* 覆蓋hashCode方法，根據物件自身的特點定義雜湊值。
*
*/
public int hashCode() {
final int NUMBER = 37;
return name.hashCode() + age * NUMBER;
}
/**
* 需要定義物件自身判斷內容相同的依據，覆蓋equals方法。
*/
public boolean equals(Object obj) {
if (this == obj) {
return true;
}
if (!(obj instanceof Student)) {
throw new ClassCastException(obj.getClass().getName() + "型別錯誤");
}
Student stu = (Student) obj;
return this.name.equals(stu.name) && this.age == stu.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 + "]";
}
/**
* 學生就具備了比較功能。該功能是自然排序使用的方法。
* 自然排序就以年齡的升序排序為主。
*/
@Override
public int compareTo(Object o) {
Student stu = (Student) o;
// System.out.println(this.name + ":" + this.age + "......." + stu.name + ":" + stu.age);
/*
* 既然是同姓名同年齡是同一個人，視為重複元素，要判斷的要素有兩個。
* 既然是按照年齡進行排序，所以先判斷年齡，再判斷姓名。
*/
int temp = this.age - stu.age;
return temp == 0 ? this.name.compareTo(stu.name) : temp;
// return 1;
}
}
這時測試類——TreeSetDemo.java的程式碼應改為：
public class TreeSetDemo {
public static void main(String[] args) {
Set set = new TreeSet();
set.add(new Student("xiaoqiang", 20));
set.add(new Student("daniu", 24));
set.add(new Student("xiaoming", 22));
set.add(new Student("tudou", 18));
set.add(new Student("daming", 22));
set.add(new Student("dahuang", 19));
// 3，只能用迭代器取出
for (Iterator it = set.iterator(); it.hasNext();) {
Student stu = (Student) it.next();
System.out.println(stu.getName() + "::" + stu.getAge());
}
}
}
執行結果為：
圖解TreeSet儲存元素的自然排序和唯一性
思考一個這樣的問題：元素變為怎麼存進去的就怎麼取出來的，怎麼做呢？
這時可依據二叉樹原理來實現，只要讓compareTo()方法返回正數即可。
import java.util.*;
class Student implements Comparable { // 該介面強制讓學生具備比較性
private String name;
private int age;
Student(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public int compareTo(Object obj) {
return 1;
}
}
class TreeSetDemo {
public static void main(String[] args) {
TreeSet ts = new TreeSet();
ts.add(new Student("lisi02", 22));
ts.add(new Student("lisi007", 20));
ts.add(new Student("lisi09", 19));
ts.add(new Student("lisi08", 19));
Iterator it = ts.iterator();
while(it.hasNext()) {
Student stu = (Student)it.next();
System.out.println(stu.getName()+"..."+stu.getAge());
}
}
}
TreeSet儲存自定義物件，使用TreeSet排序的第二種方式
例，將Student物件儲存到TreeSet集合中，同姓名同年齡視為同一個人，不存，按照學生的姓名進行升序排序，而且當姓名相同時，需要按照學生的年齡進行升序排序。
分析：當元素自身不具備比較性時，或者具備的比較性不是所需要的，這時就需要讓容器自身具備比較性。定義一個比較器，將比較器物件作為引數傳遞給TreeSet集合的建構函式。當兩種排序都存在時，以比較器為主。
我們自定義的Student類的程式碼沒必要修改。接著，自定義一個比較器實現Comparator介面，覆蓋compare()方法。
package cn.liayun.comparator;
import java.util.Comparator;
import cn.liayun.domain.Student;
/**
* 自定義了一個比較器，用來對學生物件按照姓名進行升序排序。
* @author liayun
*
*/
public class ComparatorByName /*extends Object*/ implements Comparator
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