Java基礎(chǔ)第7章課件

第七章集合常用的集合類Iterator迭代器的使用foreach循環(huán)泛型Collections、Arrays工具7.1Collection接口7.2List接口7.3Set接口7.4Map接口7.5JDK5.0新特性——泛型7.6Collections工具7.7Arrays工具在前面的章節(jié)中介紹過在程序中可以通過數(shù)組來保存多個(gè)對象，但在某些情況下無法確定到底需要保存多少個(gè)對象，此時(shí)數(shù)組將不再適用，因?yàn)閿?shù)組的長度不可變。JDK中提供了一系列特殊的類，這些類可以存儲(chǔ)任意類型的對象，并且長度可變，統(tǒng)稱為集合。集合按照其存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)可以分為兩大類，即單列集合Collection和雙列集合Map，第七章集合Collection：單列集合類的根接口，用于存儲(chǔ)一系列符合某種規(guī)則的元素，它有兩個(gè)重要的子接口，分別是List和Set。其中，List的特點(diǎn)是元素有序、元素可重復(fù)。Set的特點(diǎn)是元素?zé)o序并且不可重復(fù)。List接口的主要實(shí)現(xiàn)類有ArrayList和LinkedList，Set接口的主要實(shí)現(xiàn)類有HashSet和TreeSet。Map：雙列集合類的根接口，用于存儲(chǔ)具有鍵(Key)、值(Value)映射關(guān)系的元素，每個(gè)元素都包含一對鍵值，在使用Map集合時(shí)可以通過指定的Key找到對應(yīng)的Value，例如根據(jù)一個(gè)學(xué)生的學(xué)號就可以找到對應(yīng)的學(xué)生。Map接口的主要實(shí)現(xiàn)類有HashMap和TreeMap。第七章集合集合體系架構(gòu)圖第七章集合7.1Collection接口Collection是所有單列集合的父接口，因此在Collection中定義了單列集合(List和Set)通用的一些方法，這些方法可用于操作所有的單列集合。7.2List接口7.2.1List接口簡介List接口繼承自Collection接口，是單列集合的一個(gè)重要分支，習(xí)慣性地會(huì)將實(shí)現(xiàn)了List接口的對象稱為List集合。在List集合中允許出現(xiàn)重復(fù)的元素，所有的元素是以一種線性方式進(jìn)行存儲(chǔ)的，在程序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(gè)特點(diǎn)就是元素有序，即元素的存入順序和取出順序一致。List不但繼承了Collection接口中的全部方法，而且還增加了一些根據(jù)元素索引來操作集合的特有方法。7.2.1List接口簡介7.2List接口7.2List接口7.2.2ArrayList集合ArrayList是List接口的一個(gè)實(shí)現(xiàn)類，它是程序中最常見的一種集合在ArrayList內(nèi)部封裝了一個(gè)長度可變的數(shù)組對象，當(dāng)存入的元素超過數(shù)組長度時(shí)，ArrayList會(huì)在內(nèi)存中分配一個(gè)更大的數(shù)組來存儲(chǔ)這些元素，因此可以將ArrayList集合看作一個(gè)長度可變的數(shù)組ArrayList集合中大部分方法都是從父類Collection和List繼承過來的，其中add()方法和get()方法用于實(shí)現(xiàn)元素的存取。7.2List接口7.2.2ArrayList集合接下來通過一個(gè)案例來學(xué)習(xí)ArrayList集合如何存取元素7.2List接口7.2.3LinkedList集合List接口的另一個(gè)實(shí)現(xiàn)類LinkedList，克服了ArrayList集合在查詢元素時(shí)速度很快，但在增刪元素時(shí)效率較低的局限性。該集合內(nèi)部維護(hù)了一個(gè)雙向循環(huán)鏈表，鏈表中的每一個(gè)元素都使用引用的方式來記住它的前一個(gè)元素和后一個(gè)元素，從而可以將所有的元素彼此連接起來。當(dāng)插入一個(gè)新元素時(shí)，只需要修改元素之間的這種引用關(guān)系即可，刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)也是如此。7.2List接口7.2.3LinkedList集合LinkedList集合添加元素和刪除元素的過程如圖。7.2List接口7.2.3LinkedList集合LinkedList集合除了具備增刪元素效率高的特點(diǎn)，還專門針對元素的增刪操作定義了一些特有的方法。7.2List接口7.2.3LinkedList集合接下來通過一個(gè)案例來學(xué)習(xí)這些方法的使用。7.2List接口7.2.4Iterator集合Iterator接口也是Java集合框架中的一員，但它與Collection、Map接口有所不同，Collection接口與Map接口主要用于存儲(chǔ)元素，而Iterator主要用于迭代訪問（即遍歷）Collection中的元素，因此Iterator對象也被稱為迭代器。通過一個(gè)案例來學(xué)習(xí)如何使用Iterator迭代集合中的元素。7.2.4Iterator集合7.2List接口需要特別說明的是，當(dāng)通過迭代器獲取ArrayList集合中的元素時(shí)，都會(huì)將這些元素當(dāng)做Object類型來看待，如果想得到特定類型的元素，則需要進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換。7.2List接口7.2.4Iterator集合Iterator迭代器對象在遍歷集合時(shí)，內(nèi)部采用指針的方式來跟蹤集合中的元素，為了讓初學(xué)者能更好地理解迭代器的工作原理，接下來通過一個(gè)圖例來演示Iterator對象迭代元素的過程。7.2List接口7.2.5JDK5.0新特性——foreach循環(huán)雖然Iterator可以用來遍歷集合中的元素，但寫法上比較繁瑣，為了簡化書寫，從JDK5.0開始，提供了foreach循環(huán)。foreach循環(huán)是一種更加簡潔的for循環(huán)，也稱增強(qiáng)for循環(huán)。foreach循環(huán)用于遍歷數(shù)組或集合中的元素，其具體語法格式如下：7.2List接口7.2.5JDK5.0新特性——foreach循環(huán)與for循環(huán)相比，foreach循環(huán)不需要獲得容器的長度，也不需要根據(jù)索引訪問容器中的元素，但它會(huì)自動(dòng)遍歷容器中的每個(gè)元素。腳下留心1、foreach循環(huán)雖然書寫起來很簡潔，但在使用時(shí)也存在一定的局限性。當(dāng)使用foreach循環(huán)遍歷集合和數(shù)組時(shí)，只能訪問集合中的元素，不能對其中的元素進(jìn)行修改，接下來以一個(gè)String類型的數(shù)組為例來進(jìn)行演示。腳下留心2、在使用Iterator迭代器對集合中的元素進(jìn)行迭代時(shí)，如果調(diào)用了集合對象的remove()方法去刪除元素，會(huì)出現(xiàn)異常。接下來通過一個(gè)案例來演示這種異常。假設(shè)在一個(gè)集合中存儲(chǔ)了學(xué)校所有學(xué)員的姓名，由于一個(gè)名為Annie的學(xué)生中途轉(zhuǎn)學(xué)，這時(shí)就需要在迭代集合時(shí)找出該元素并將其刪除，具體代碼如例程7-6所示。例程7-6在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)了并發(fā)修改異常ConcurrentModificationException。這個(gè)異常是迭代器對象拋出的，出現(xiàn)異常的原因是集合中刪除了元素會(huì)導(dǎo)致迭代器預(yù)期的迭代次數(shù)發(fā)生改變，導(dǎo)致迭代器的結(jié)果不準(zhǔn)確。為了解決上述問題，可以采用兩種方式：腳下留心第一種方式：從業(yè)務(wù)邏輯上講只想將姓名為Annie的學(xué)生刪除，至于后面還有多少學(xué)生我們并不關(guān)心，所以只需找到該學(xué)生后跳出循環(huán)不再迭代即可，也就是在第13行代碼下面增加一個(gè)break語句，代碼如下：在使用break語句跳出循環(huán)以后，由于沒有繼續(xù)使用迭代器對集合中的元素進(jìn)行迭代，因此，集合中刪除元素對程序沒有任何影響，不會(huì)出現(xiàn)異常。腳下留心第二種方式：如果需要在集合的迭代期間對集合中的元素進(jìn)行刪除，可以使用迭代器本身的刪除方法，將例程7-6中第13行代碼替換成it.remove()即可解決這個(gè)問題，代碼如下：7.2List接口7.2.6ListIterator接口Iterator迭代器提供了hasNext()方法和next()方法，通過這兩個(gè)方法可以實(shí)現(xiàn)集合中元素的迭代，迭代的方向是從集合中的第一個(gè)元素向最后一個(gè)元素迭代，也就是所謂的正向迭代。為了使迭代方式更加多元化，JDK中還定義了一個(gè)ListIterator迭代器，它是Iterator的子類，該類在父類的基礎(chǔ)上增加了一些特有方法。7.2List接口7.2.6ListIterator接口通過一個(gè)案例來學(xué)習(xí)ListIterator迭代器的使用：7.2List接口7.2.7Enumeration接口在JDK1.2以前還沒有Iterator接口的時(shí)候，遍歷集合需要使用Enumeration接口，它的用法和Iterator類似。JDK中提供了一個(gè)Vevtor集合，該集合是List接口的一個(gè)實(shí)現(xiàn)類，用法與ArrayList完全相同，區(qū)別在于Vector集合是線程安全的，而ArrayList集合是線程不安全的。在Vector類中提供了一個(gè)elements()方法用于返回Enumeration對象，通過Enumeration對象就可以遍歷該集合中的元素。7.2List接口7.2.7Enumeration接口通過一個(gè)案例來演示如何使用Enumeration對象遍歷Vector集合：7.3Set接口7.3.1Set接口簡介Set接口和List接口一樣，同樣繼承自Collection接口，它與Collection接口中的方法基本一致，并沒有對Collection接口進(jìn)行功能上的擴(kuò)充，只是比Collection接口更加嚴(yán)格了。與List接口不同的是，Set接口中元素?zé)o序，并且都會(huì)以某種規(guī)則保證存入的元素不出現(xiàn)重復(fù)。Set接口主要有兩個(gè)實(shí)現(xiàn)類，分別是HashSet和TreeSet。其中，HashSet是根據(jù)對象的哈希值來確定元素在集合中的存儲(chǔ)的位置，因此具有良好的存取和查找性能。TreeSet則是以二叉樹的方式來存儲(chǔ)元素，它可以實(shí)現(xiàn)對集合中的元素進(jìn)行排序。7.3Set接口7.3.2HashSet集合HashSet是Set接口的一個(gè)實(shí)現(xiàn)類，它所存儲(chǔ)的元素是不可重復(fù)的，并且元素都是無序的。當(dāng)向HashSet集合中添加一個(gè)對象時(shí)，首先會(huì)調(diào)用該對象的hashCode()方法來確定元素的存儲(chǔ)位置，然后再調(diào)用對象的equals()方法來確保該位置沒有重復(fù)元素。接下來通過一個(gè)案例來演示HashSet集合的用法：7.3Set接口7.3.2HashSet集合HashSet集合之所以能確保不出現(xiàn)重復(fù)的元素，是因?yàn)樗诖嫒朐貢r(shí)做了很多工作。當(dāng)調(diào)用HashSet集合的add()方法存入元素時(shí)，首先調(diào)用當(dāng)前存入對象的hashCode()方法獲得對象的哈希值，然后根據(jù)對象的哈希值計(jì)算出一個(gè)存儲(chǔ)位置。如果該位置上沒有元素，則直接將元素存入，如果該位置上有元素存在，則會(huì)調(diào)用equals()方法讓當(dāng)前存入的元素依次和該位置上的元素進(jìn)行比較，如果返回的結(jié)果為false就將該元素存入集合，返回的結(jié)果為true則說明有重復(fù)元素，就將該元素舍棄。7.3Set接口7.3.2HashSet集合根據(jù)前面的分析不難看出，當(dāng)向集合中存入元素時(shí)，為了保證HasheSet正常工作，要求在存入對象時(shí)，需要重寫Object類中的hashCode()和equals()方法。例程7-9中將字符串存入HashSet時(shí)，String類已經(jīng)重寫了hashCode()和equals()方法。但是如果將Student對象存入HashSet，結(jié)果又如何呢？7.3Set接口7.3.2HashSet集合接下來針對例程7-10中的Student類進(jìn)行改寫，假設(shè)id相同的學(xué)生就是同一個(gè)學(xué)生，改寫后的代碼如例程7-11所示。7.3Set接口7.3.3TreeSet集合TreeSet是Set接口的另一個(gè)實(shí)現(xiàn)類，它內(nèi)部采用平衡二叉樹來存儲(chǔ)元素，這樣的結(jié)構(gòu)可以保證TreeSet集合中沒有重復(fù)的元素，并且可以對元素進(jìn)行排序。所謂二叉樹就是說每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多有兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)的有序樹，每個(gè)節(jié)點(diǎn)及其子節(jié)點(diǎn)組成的樹稱為子樹，通常左側(cè)的子節(jié)點(diǎn)稱為“左子樹”，右側(cè)的節(jié)點(diǎn)稱為“右子樹”，其中左子樹上的元素應(yīng)小于它的根結(jié)點(diǎn)，而右子樹上的元素應(yīng)大于它的根結(jié)點(diǎn)。7.3Set接口7.3.3TreeSet集合二叉樹中元素的存儲(chǔ)過程：當(dāng)二叉樹中存入新元素時(shí)，新元素首先會(huì)與第1個(gè)元素(最頂層元素)進(jìn)行比較，如果小于第1個(gè)元素就執(zhí)行左邊的分支，繼續(xù)和該分支的子元素進(jìn)行比較。如果大于第1個(gè)元素就執(zhí)行右邊的分支，繼續(xù)和該分支的子元素進(jìn)行比較。如此往復(fù)，直到與最后一個(gè)元素進(jìn)行比較時(shí)，如果新元素小于最后一個(gè)元素就將其放在最后一個(gè)元素的左子樹上，如果大于最后一個(gè)元素就將其放在最后一個(gè)元素的右子樹上。7.3Set接口7.3.3TreeSet集合假設(shè)向集合中存入8個(gè)元素，依次為13、8、17、17、1、11、15、25，如果以二叉樹的方式來存儲(chǔ)，在集合中的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)會(huì)形成一個(gè)樹狀結(jié)構(gòu)。7.3Set接口7.3.3TreeSet集合通過一個(gè)案例來演示TreeSet對元素的排序效果。7.3Set接口7.3.3TreeSet集合在TreeSet集合中存放Student類型對象時(shí)，如果Student類沒有實(shí)現(xiàn)Comparable接口，則Student類型的對象將不能進(jìn)行比較，這時(shí)，TreeSet集合就不知道按照什么排序規(guī)則對Student對象進(jìn)行排序，最終導(dǎo)致程序報(bào)錯(cuò)。因此，為了在TreeSet集合中存放Student對象，必須使Student類實(shí)現(xiàn)Comparable接口。7.3Set接口7.3.3TreeSet集合定義的類沒有實(shí)現(xiàn)Comparable接口或者對于實(shí)現(xiàn)了Comparable接口的類而不想按照定義的compareTo()方法進(jìn)行排序，，例如，希望字符串可以按照長度來進(jìn)行排序，這時(shí)，可以通過自定義比較器的方式對TreeSet集合中的元素排序，即實(shí)現(xiàn)Comparator接口，在創(chuàng)建TreeSet集合時(shí)指定比較器。接下來通過一個(gè)案例來實(shí)現(xiàn)TreeSet集合中字符串按照長度進(jìn)行排序。7.4Map接口7.4.1Map接口簡介在現(xiàn)實(shí)生活中，每個(gè)人都有唯一的身份證號，通過身份證號可以查詢到這個(gè)人的信息，這兩者是一對一的關(guān)系。在應(yīng)用程序中，如果想存儲(chǔ)這種具有對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)，則需要使用JDK中提供的Map接口。Map接口是一種雙列集合，它的每個(gè)元素都包含一個(gè)鍵對象Key和值對象Value，鍵和值對象之間存在一種對應(yīng)關(guān)系，稱為映射。從Map集合中訪問元素時(shí)，只要指定了Key，就能找到對應(yīng)的Value。7.4Map接口7.4.1Map接口簡介首先了解一下Map接口中定義的一些通用方法。Map接口提供了大量的實(shí)現(xiàn)類，最常用的有HashMap和TreeMap，接下來針對這兩個(gè)類進(jìn)行詳細(xì)地講解。7.4Map接口7.4.2HashMap集合HashMap集合是Map接口的一個(gè)實(shí)現(xiàn)類，它用于存儲(chǔ)鍵值映射關(guān)系，但必須保證不出現(xiàn)重復(fù)的鍵。7.4Map接口7.4.2HashMap集合現(xiàn)對例程7-15進(jìn)行修改，在第7行代碼下面增加一行代碼，如下所示：map.put("3","Mary");7.4Map接口7.4.2HashMap集合在程序開發(fā)中，經(jīng)常需要取出Map中所有的鍵和值，那么如何遍歷Map中所有的鍵值對呢？有兩種方式可以實(shí)現(xiàn)，第一種方式就是先遍歷Map集合中所有的鍵，再根據(jù)鍵獲取相應(yīng)的值。7.4Map接口7.4.2HashMap集合在程序開發(fā)中，經(jīng)常需要取出Map中所有的鍵和值，那么如何遍歷Map中所有的鍵值對呢？Map集合的另外一種遍歷方式是先獲取集合中的所有的映射關(guān)系，然后從映射關(guān)系中取出鍵和值。7.4Map接口7.4.2HashMap集合在Map中，還提供了一個(gè)values()方法，通過這個(gè)方法可以直接獲取Map中存儲(chǔ)所有值的Collection集合。7.4Map接口7.4.2HashMap集合從上面的例子可以看出，HashMap集合迭代出來元素的順序和存入的順序是不一致的。如果想讓這兩個(gè)順序一致，可以使用Java中提供的LinkedHashMap類，它是HashMap的子類，和LinkedList一樣也使用雙向鏈表來維護(hù)內(nèi)部元素的關(guān)系，使Map元素迭代的順序與存入的順序一致。7.4Map接口7.4.3TreeMap集合TreeMap集合是用來存儲(chǔ)鍵值映射關(guān)系的，其中不允許出現(xiàn)重復(fù)的鍵。在TreeMap中是通過二叉樹的原理來保證鍵的唯一性，這個(gè)TreeSet集合存儲(chǔ)的原理一樣，因此TreeMap中所有的鍵是按照某種順序排列的。7.4Map接口7.4.3TreeMap集合在使用TreeMap集合時(shí)，也可以通過自定義比較器的方式對所有的鍵進(jìn)行排序。7.4Map接口7.4.4Properties集合Map接口中還有一個(gè)實(shí)現(xiàn)類Hashtable，它在存取元素時(shí)速度很慢，目前基本上被HashMap類所取代。但Hashtable類有一個(gè)子類Properties在實(shí)際應(yīng)用中非常重要，Properties主要用來存儲(chǔ)字符串類型的鍵和值，在實(shí)際開發(fā)中，經(jīng)常使用Properties集合來存取應(yīng)用的配置項(xiàng)。假設(shè)有一個(gè)文本編輯工具，要求默認(rèn)背景色是紅色，字體大小為14px，語言為中文，其配置項(xiàng)應(yīng)該是下面的樣子：7.4Map接口7.4.4Properties集合在程序中可以使用Prorperties集合對這些配置項(xiàng)進(jìn)行存取，接下來通過一個(gè)案例來學(xué)習(xí)：7.5JDK5.0新特性

——泛型7.5.1為什么使用泛型當(dāng)把一個(gè)對象存入集合后，集合會(huì)“忘記”這個(gè)對象的類型，將該對象從集合中取出時(shí)，這個(gè)對象的編譯類型就變成了Object類型。換句話說，我們在程序中無法確定一個(gè)集合中的元素到底是什么類型的。那么在取出元素時(shí)，如果進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換就很容易出錯(cuò)。7.5JDK5.0新特性

——泛型7.5.1為什么使用泛型為了解決這個(gè)問題，在Java中引入了“參數(shù)化類型(parameterizedtype)”這個(gè)概念，即泛型。它可以限定方法操作的數(shù)據(jù)類型，在定義集合類時(shí)，可以使用“<參數(shù)化類型>”的方式指定該類中方法操作的數(shù)據(jù)類型。上面這種寫法就限定了ArrayList集合只能存儲(chǔ)String類型元素，將改寫后的程序再次編譯，程序在編譯時(shí)期就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤提示。7.5JDK5.0新特性

——泛型7.5.1為什么使用泛型程序編譯報(bào)錯(cuò)的原因是修改后的代碼限定了集合元素的數(shù)據(jù)類型，ArrayList<String>這樣的集合只能存儲(chǔ)String類型的元素，程序在編譯時(shí)，編譯器檢查出Integer類型的元素與List集合的規(guī)定的類型不匹配，編譯不通過，這樣就可以在編譯時(shí)期解決錯(cuò)誤，避免程序在運(yùn)行時(shí)期發(fā)生錯(cuò)誤。接下來使用泛型再次對例程7-23進(jìn)行改寫7.5JDK5.0新特性

——泛型7.5.2自定義泛型那么泛型的作用是什么，在程序中是否能自定義泛型呢？7.5JDK5.0新特性

——泛型7.5.2自定義泛型從運(yùn)行結(jié)果可以看出，程序在編譯時(shí)期就報(bào)錯(cuò)，這是因?yàn)樵诖a第13行處存入了一個(gè)Integer類型的數(shù)據(jù)，在代碼第14行處取出這個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成了String類型，出現(xiàn)了類型不匹配的錯(cuò)誤。為了避免這個(gè)問題，就可以使用泛型，如果在定義一個(gè)類CachePool時(shí)使用<T>聲明參數(shù)類型，(T其實(shí)就是Type的縮寫，這里也可以使用其它字符，為了方便理解都定義為T)，將save()方法的參數(shù)類型和get()方法的返回值類型都聲明為T，那么在存入元素時(shí)元素的類型就被限定了，容器中就只能存入這種T類型的元素，在取出元素時(shí)就無需進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換。7.5JDK5.0新特性

——泛型7.5.2自定義泛型通過一個(gè)案例來看一下如何自定義泛型。7.6Collections工具類JDK提供了一個(gè)工具類專門用來操作集合，這個(gè)類就是Collections，它位于java.util包中。Collections類中提供了大量的方法用于對集合中元素進(jìn)行排序、查找和修改等操作，接下來對這些常用的方法進(jìn)行介紹。7.6Collections工具類1、 排序操作Collections類中提供了一系列方法用于對List集合進(jìn)行排序7.6Collections工具類1、 排序操作Collections類中提供了一系列方法用于對List集合進(jìn)行排序7.6Collections工具類2、查找、替換操作Collections類還提供了一些常用方法用于查找、替換集合中的元素7.6Collections工具類2、查找、替換操作Collections類還提供了一些常用方法用于查找、替換集合中的元素7.7 Arrays工具類java.util包中還提供了一個(gè)專門用于操作數(shù)組的工具類——Arrays。Arrays工具類提供了大量的靜態(tài)方法。

1、使用Arrays的sort()方法排序在前面學(xué)習(xí)數(shù)組時(shí)，要想對數(shù)組進(jìn)行排序就需要自定義一個(gè)排序方法，其實(shí)也可以使用Arrays工具類中的靜態(tài)方法sort()來實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，接下來通過一個(gè)案例來學(xué)習(xí)sort()方法的使用。7.7 Arrays工具類2、使用Arrays的binarySearch(Object[]a,Objectkey)方法查找元素程序開發(fā)中，經(jīng)常會(huì)在數(shù)組中查找某些特定的元素，如果數(shù)組中元素較多時(shí)查找某個(gè)元素就會(huì)非常繁瑣，為此，Arrays類中提供還了一個(gè)方法binarySearch(Object[]a,Objectkey)用于查找元素，接下來通過一個(gè)案例來學(xué)習(xí)該方法的使用。7.7 Arrays工具類2、使用Arrays的binarySearch(Object[]a,Objectkey)方法查找元素所謂二分法查找就是每次將指定元素和數(shù)組中間位置的元素進(jìn)行比較，從而排除掉其中的一半元素，這樣的查找是非常高效的。接下來通過一個(gè)圖例來演示二分法查找