Java 核心技术学习笔记:集合接口

Java 核心技术学习笔记:集合接口

Java 最初版本只提供了最初的几个 Java 集合框架个类:

  • Vector
  • Stack
  • Hashable
  • BitSet
  • Enumeration

其中 Enumeration 接口提供了一种用于访问任意容器中各个元素的抽象机制。Java 集合类库将接口( interface )与实现(implementation)分离。

队列是如何分离的

队列是如何分离的队列涉及的几个方法:

  • 在队尾添加元素
  • 在队头删除元素
  • 查找队列中元素的个数 特点:先入先出队列的接口:
public interface Queue<E> // a simplified form of the interface in the stardard library

{
void add(E element);
E remove();
int size();
}

在数据结构课中,队列通常有两种实现方式:

  1. 使用循环数 组,但这种方式的局限是队列的长度有限。
  2. 使用链表代码表示如下:
public class CircularArrayQueue<E> implements Queue<E>  // not an actual library class
{
private int head;
private int tail;

CircularArrayQueue(int capacity) {...}

public void add(E element) {...}
public E remove() {...}
public int size() {...}
private E[] elements;
}

public class LinkedListQueue<E> implements Queue<E> // not an actual library class
{
private Link head;
private Link tail;

LinkedListQueue() {...}
public void add(E element) {...}
public E remove() {...}
public int size() {...}
}

注释:实际上,Java 类库没有名为 CirclularArrayQueue 和 LinkedListQueue 的类。这里只是以这些类作为示例来解释集合接口与实现在概念上的区分。

Queue 的使用

假设定义了上述的 ​​CircularArrayQueue​​​ 和 ​​LinkedListQueue​​ 之后,就可以直接使用:

Queue<Customer> expressLane = new CircularArrayQueue<>(100);
expressLane.add(new Customer("Harry")
Queue<Customer> expressLane = new LinkedListQueue<>();
expressLane.add(new Customer("Bug")

循环数 组要比链表高效,因此多数人优先选择循环数 组。 但是循环数 组是一个有界数 组,即容量有限。如果使用的对象数量没有上限,最好使用链表实现。

Collection 接口

所有通用集合实现都有一个带有 Collection 参数的构造函数,此构造函数初始化新集合以包含指定集合中的所有元素,即它允许转换集合的类型。 如把一个 Collection<String> s,它可以转化成 List、Set 或其他类型的 Collection。如:

List<String> s = new ArrayList<String>(c);

Collection 接口包含执行基本方法:

  • ​int size()​
  • ​boolean isEmpty()​
  • ​boolean contains(Object element​
  • ​boolean add(E element)​
  • ​boolean remove(Object element)​
  • ​Interator<E> interator()​

Collection 接口还包含对整个集合方法:

  • ​boolean containsAll(Collection<?> c)​
  • ​boolean addAll(Collection<? extends E> c)​
  • ​boolean removeAll(Collection<?> c)​
  • ​boolean retainAll(Collection<?> c)​
  • ​void clear()​

Collection 接口还存在用于数 组的附加方法,例如:

  • ​Object[] toArray()​
  • ​<T> T[] toArray(T[] a)​

JDK 8 及更高版本中,Collection 接口还公开方法 Stream<E> stream() 和 Stream<E> parallelStream(),帮助从底层集合中获取顺序或并行流。

public interface Collection<E> {
boolean add(E element);
Interator<E> iterator(); // 返回一个用于访问集合中各个元素的迭代器
}

​add​​ 方法用于向集合中添加元素。如果成功添加元素改变了集合就返回 ​true;如果集合没有发生改变就返回 false。比如在集合( set )中添加一个对象,如果这个元素在集合中已经存在,这时 add 方法就没有奏效,因为集合中不允许有重复的对象。

​interator​​ 方法用于返回一个实现了 Interator 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。

集合遍历接口--迭代器

Iterator 接口包含 4 个方法:

public interface Interator<E> {
E next(); // 返回将要访问的下一个对象。如果已经到达了集合的末尾,将抛出一个 NoSuchElement-Exception
boolean hasNext(); // 如果存在另一个可访问的元素,返回 true
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,这个方法将会抛出一个 IllegalStateException
default void forEachRemaining(Consumer<? super E> action); // 访问元素,并传递到指定的动作,直到再没有更多元素,或者这个动作抛出一个异常
}

通过反复调用 ​​next​​​ 方法,可以逐个访问集合中的每个元素。但是,如果到达了集合的末尾,next 方法将抛出一个 ​​NoSuchElementException​​​。因此,在需要调用 next 之前调用 hasNext 方法。

​​​hashNext​​ 如果迭代器对象还有多个可以访问的元素,这个方法就返回 true。

Collection<String> c = ...;
Interator<String> iter = c.iterator();
while (iter.hasNext()) {
String element = iter.next();
// do something with element
}

用 ​​for each​​ 循环可以更加简练地表达同样的循环操作:

for (String element : c) {
// do something with element
System.out.Println(element);
}

​for each​​ 循环可以处理任何实现了 Iterable 接口的对象,这个对象只包含一个抽象方法:

public interface Iterable<E> {
Iterator<E> iterator();
}

JDK8 及更高版本中,迭代集合的首选方法是获取流并对其执行聚合操作。聚合操作需要与 Lambda 表达式结合使用,以使用较少的代码使编程更具表现力。

myShapeCollection.stream()
.filter(e -> e.getColor() == Color.RED)
.forEach(e -> System.out.Println(e.getName()));

访问元素的顺序取决于集合类型。

  • 如果迭代处理一个 ArrayList,迭代器索引从 0 开始,没迭代一次,索引值加 1 。
  • 如果访问 HashSet 中的元素,会按照一种基本上随机的顺序获得元素。(每一次访问的顺序都是唯一的)

Iterator 接口的 ​​remove​​ 方法将会删除上次调用 next 方法时返回的元素。目的是:删除某个元素前最该先看一下这个元素。

集合接口批量操作

批量操作对整个集合执行操作。包含基本的方法有:

  • ​contailsAll​​ : 如果目标 Collection 包含指定 Collection 中的所有元素,就返回 true。
  • ​addAll​​ : 将指定 Collection 中的所有元素添加到目标 Collection。
  • ​removeAll​​ : 从目标 Collection 中删除包含在指定 Collection 中的所有元素。
  • ​retainAll​​ : 从目标 Collection 中删除所有所有未包含在指定 Collection 中删除所有未包含在指定 Collection 中的元素。
  • ​clear​​ : 从集合中删除所有元素。

如,检测任意集合是否包含指定元素的泛型方法:

public static <E> boolean contains(Collection<E> c, Object obj) {
for (E element : c)
if (element.equals(obj))
return true;
return false;
}

其他方法

还有一些实用方法非常有用,应该将它们提供给用户实用。下面列举一部分:

int size()  // 返回当前存储在集合中的元素个数
boolean isEmpty() // 如何集合中没有元素,返回 true
boolean contains(Object obj) // 如果集合中包含了一个与obj相等的元素,返回true
boolean equals(Object other) // 如果集合与 other 集合相等,返回true
boolean add(E element) // 将一个元素添加到集合中。由于这个调用改变了集合,返回 true
boolean addAll(Collection<? extends E> from) // 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这个集合,返回true
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
boolean removeAll(Collection<?> c) // 从这个集合中删除obj集合中存在的所有元素。如果这个调用改变了集合,返回true
default boolean removeIf(Predicate<? super E> filter // JDK8, 从这个集合中删除filter返回true的所有元素,如果因为这个调用改变了集合,返回true
void clear() // 从这个集合中删除所有的元素
boolean retainAll(Collection<?> c) // 从这个集合中删除所有与other集合元素不同的元素。如果由于这个调用改变了集合,返回true
Object[] toArray() // 返回这个集合中的对象的数 组
<T> T[] toArray(T[] arrayToFill)

​<T> T[] toArray(T[] arrayToFill)​​ :返回这个集合中的对象的数 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。

发表评论

相关文章