核心技术:集合

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Java 集合框架

将集合的接口与实现分离

与现代的数据结构类库的常见情况一样, Java 集合类库也将接口( interface ) 与实现( implementation) 分离。


以队列为例:

队列.png

队列接口的最简形式可能类似下面这样:

public interface Queue<E> // a simplified form of the interface in the standard library
{
   void add(E element) ;
   E remove();
   int size()
}

而,队列通常有两种实现方式:

  1. 一种是使用循环数组;
  2. 另一种是使用链表;
队列的实现.png


Colloction 接口

在Java 类库中,集合类的基本接口是Collection 接口。这个接口有两个基本方法

public interface Collection<b
{
   boolean add(E element);
   Iterator<E> iteratorQ;
   ...
}
  1. add 方法用于向集合中添加元素。如果添加元素确实改变了集合就返回true, 如果集合没有发生变化就返回false;
  2. iterator 方法用于返回一个实现了Iterator 接口的对象;
    可以使用这个迭代器对象依次访问集合中的元素。

迭代器

关于Iterable与Iterator的那些事


Iterator 接口包含4 个方法:

public interface Iterator<E>
{
E next();          // 逐个访问集合中的每个元素(如果到达了集合的末尾将抛出一个NoSuchElementException)
boolean hasNext();    // 遍历时判断是否还有下一个元素
void remove();      // 
default void forEachRemaining(Consumer<? super E> action) ;   // 对迭代器的每一个元素调用action(Consumer是一个函数式接口,所以可用lambda表达式)
}


如果想要査看集合中的所有元素,就请求一个迭代器,并在hasNext 返回true 时反复地调用next 方法。例如:

Collection<String> c = . . .;
Iterator<String> iter = c.iteratorO
while (iter.hasNextO)
{
   String element = iter.next0
   // do something with element
}

用“ foreach” 循环可以更加简练地表示同样的循环操作:

for (String element : c)
{
   // do something with element
}
  • 编译器简单地将“for each” 循环翻译为带有迭代器的循环,“for each”循环可以与任何实现了Iterable 接口的对象一起工作;
    Collection 接口扩展了(而非继承)Iterable 接口。因此,对于标准类库中的任何集合都可以使用“for each” 循环。
  • 在Java SE 8 中,甚至不用写循环。可以调用forEachRemaining方法并提供 lambda 表达式(它会处理一个元素)。
    将对迭代器的每一个元素调用这个lambda 表达式,直到再没有元素为止。
    i terator.forEachRemai ni ng(el ement -> do something with element);
    
  • 元素被访问的顺序取决于集合类型
    如对 ArrayList:迭代器将从索引 0 开始,每次迭代索引值加 1;
    然而,如对 HashSet 迭代:每个元素将会按照某种随机的次序出现。(能够遍历到集合中的所有元素,但却无法预知元素被访问的次序)


关于迭代器的位置

应该将Java 迭代器认为是位于两个元素之间(而非指向一个元素)。当调用next 时,迭代器就越过下一个元素,并返回刚刚越过的那个元素的引用。
迭代器的位置.png


  • Iterator 接口的 remove 方法将会删除上次调用next 方法时返回的元素


如:

  1. 删除集合首个元素:
    Iterator<String> it = c.iterator();
    it.nextO;        // skip over the first element
    it.remove();     // now remove it
    
  2. 删除两个相邻的元素:
    it.remove();
    it.next0
    it.remove();
    
    // 而非
    // it.remove();
    // it.remove();
    

泛型使用方法

  • 由于Collection 与Iterator 都是泛型接口,可以编写操作任何集合类型的实用方法。
  • Java 类库提供了一个类AbstractCollection,它将基础方法size和iterator抽象化了,但是提供了例行方法。
    所以,一个具体的集合类可以扩展AbstractCollection 类了(实际上也是这样的)
    然而,这种“伴随类”并不是最好的方式,在原接口中将方法定义为“默认方法”会更好。


java.util.Collection<E>

  1. Iterator < E> iterator()
    返回一个用于访问集合中每个元素的迭代器。
  2. int size()
    返回当前存储在集合中的元素个数。
  3. boolean isEmpty()
    如果集合中没有元素, 返回true。
  4. boolean contains(Object obj)
    如果集合中包含了一个与obj 相等的对象, 返回true。
  5. boolean containsAl 1(Collection<?> other)
    如果这个集合包含other 集合中的所有元素, 返回trueo
  6. boolean add(Object element)
    将一个元素添加到集合中。如果由于这个调用改变了集合,返回true。
  7. boolean addAl1(Col1ection<? extends E> other)
    将other 集合中的所有元素添加到这个集合。如果由于这个调用改变了集合,返回true。
  8. boolean remove(Object obj)
    从这个集合中删除等于obj 的对象。如果有匹配的对象被删除, 返回true。
  9. boolean removeAl 1(Col 1ection<?> other)
    从这个集合中删除other 集合中存在的所有元素。如果由于这个调用改变了集合,返回true。
  10. default boolean removelf(Predicate<? super E> filter)8
    从这个集合删除filter 返回true 的所有元素。如果由于这个调用改变了集合,则返回true。
  11. void clear()
    从这个集合中删除所有的元素。
  12. boolean retainAl1(Collection<?> other)
    从这个集合中删除所有与other 集合中的元素不同的元素。如果由于这个调用改变了集合, 返回true。
  13. Object[]toArray()
    返回这个集合的对象数组。
  14. <T> T[]toArray(T[]arrayToFi11)
    返回这个集合的对象数组。如果arrayToFill 足够大,就将集合中的元素填入这个数组中。剩余空间填补null; 否则,分配一个新数组,其成员类型与arrayToFill的成员类型相同,其长度等于集合的大小,并填充集合元素。

java.util.Iterator<E>

  1. boolean hasNext()
    如果存在可访问的元素, 返回true。
  2. E next()
    返回将要访问的下一个对象。如果已经到达了集合的尾部, 将拋出一个NoSuchElementException。
  3. void remove( )
    删除上次访问的对象。这个方法必须紧跟在访问一个元素之后执行。如果上次访问之后,集合已经发生了变化, 这个方法将抛出一个IllegalStateException。

集合框架中的接口

集合框架的接口.png

  1. 集合有两个基本接口:Collection 和Map。
    可以用以下方法在集合中插人元素:
    boolean add(E element)
    
    不过,由于映射包含键/ 值对,所以要用put 方法来插人:
    V put(K key, V value)
    
    要从集合读取元素, 可以用迭代器访问元素。不过,从映射中读取值则要使用get 方法:
    V get (K key)
    

List

List 是一个有序集合(ordered collection),元素会增加到容器中的特定位置。可以采用两种方式访问元素:

  1. 迭代器访问
  2. 随机访问(random access)


  • List 接口定义了多个用于随机访问的方法:
    void add(int index, E element)
    void remove(int index)
    E get(int index)
    E set(int index, E element)

Set

Set 接口等同于Collection 接口,不过其方法的行为有更严谨的定义:集( set ) 的add 方法不允许增加重复的元素。

  • 要适当地定义集的equals 方法:只要两个集包含同样的元素就认为是相等的,而不要求这些元素有同样的顺序。
  • hashCode 方法的定义要保证包含相同元素的两个集会得到相同的散列码。


  • SortedSetSortedMap接口会提供用于排序的比较器对象,这两个接口定义了可以得到集合子集视图的方法。
  • Java SE 6 引人了接口NavigableSetNavigableMap,其中包含一些用于搜索和遍历有序集和映射的方法。

具体的集合

映射

视图与包装器

算法

遗留的集合