集合

集合

（一）.  集合相关

1.1  为什么出现集合类？

　　面向对象语言对事物的体现都是以对象的形式，所以为了方便对多个对象进行操作，就对对象进行存储。集合就是存储对象常用的一种方式。

1.2  定义

　　所有抽象出来的数据结构和操作（算法）统称为Java集合框架，简称JCF。Java的集合框架主要由一组用来操作对象的接口组成，不同接口描述一组不同数据类型。核心接口主要有：Collection、List、Set、Map.

1.3  数组与集合同是容器，有什么不同？

　　数组虽然也可存储对象，但是数组长度是固定的，而集合的长度是可变的。

　　数组中可以存储基本数据类型，但是集合只能存储对象。

1.4  集合类的特点

　　集合长度可变；只能存储对象，不能存储基本数据类型值；集合可以存储不同类型的对象。

1.5  简化框架图

 

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 （二）.集合中的接口及实现类

2.1  Collection接口

1. Collection接口是集合框架的基础，用于表示对象的集合。该接口中声明了所有集合都将拥有的核心方法，例如添加、删除等，并提供了一组操作成批对象的方法，还提供了查询操作，如判断是否为空的方法。
2. 常用方法　

　　　  boolean add(E obj)————将obj加入到调用类集中，成功返回true
　　　　boolean  addAll(Collection<? extends E> c)————将c中的所有元素都加入到类集中，操作成功返回true
　　　　void clear()————从类集中删除所有元素
　　　　boolean contains(Object obj)————确定类集中包含指定的对象obj，成功返回true
　　　　boolean containsAll(Collection<?> c)———— 确定类集中是否包含指定集合的所有对象，存在返回true
　　　　int hasCode()————返回调用类集的散列码
　　　　boolean isEmpty()————判断类集是否为空，若为空则返回true
　　　　Iterator<E> iterator()————返回类集的迭代接口
　　　　boolean remove(Object obj)————从类集中删除obj实例
　　　　boolean removeAll(Collection<?> c)————从类集删除包含在c中的所有元素
　　　　boolean retainAll(Collection<?> c)————删除类集中除了包含在c中的元素之外的全部yuans
　　　　int size()————返回类集中元素的个数
　　　　Object[] toArray()————以数组形式返回类集中的所有对象

　　3.在使用Collection时需注意：

　　　　当企图将一个不兼容的对象加入一个Collection中时， 将产生ClassCastException异常；

　　　　Collection中没有提供取得某个元素的方法，只能通过iterator()遍历元素

2.2  List接口

1. List接口继承Collection接口，元素允许重复，以元素添加的次序来放置元素，不会重新排列。（有序）。该接口不但能队列表的一部分进行处理，还允许针对位置索引的随机操作。常用的List实现类有ArrayList和LinkedList
2. 常用方法
   void add(int index，E element)————在指定位置index上添加元素element。
   boolean addAll(int index，Collection<? extends E> c)————将集合c中的所有元素添加到指定位置index
   E get(int index)————获取，返回List中指定位置的元素，
   int indexOf(Object o)————返回第一个出现元素o的位置，否则返回-1
   int lastIndexOf(Object o)————返回最后一个出现元素o的位置，否则返回-1
   E remove(index)————删除指定位置上的元素
   E set(int index，E element)————替换，用元素element替换位置index上的元素，依旧返回旧的元素
   ListIterator<E> listIterator()————返回一个列表迭代器，用于访问列表中的元素
   ListIterator<E> listIterator()————返回一个列表迭代器，用于从指定位置index开始访问列表中的元素
   List<E> subList(int start，int end)————返回从指定位置start（包含）到end（不包含）范围中各个元素的列表
3. 注意事项
   如果使用无效索引，出IndexOutOfBoundException异常

2.2.1  List的实现类——ArrayList

　　从其命名中可以看出，ArrayList是以一种类似数组的形式进行存储，其内部封装有动态数组，因此它的随机访问速度极快。

1. 常用方法
   ArrayList()————构造方法，用于建立一个空的数组列表
   ArrayList(Collection<? extends E> c)————构造方法，用于建立一个用集合c数据初始化的列表
   ArrayList(int capacity)————构造方法，用于建立一个指定初始容量的数组列表
   void ensureCapacity(int minCapacity)————增加此ArrayList对象的容量，以确保它至少能够容纳minCapacity个元素数
   void trimToSize()————调整ArrayList对象的容量为列表当前大小。即释放没用的空间，应用程序可使用此操作来操作最小化ArrayList对象存储空间。

2.2.2  List的实现类——LinkedList

　　LinkedList的内部实现基于链表，适合于频繁的数据增删操作，经常用于构造堆栈Stack、队列Queue

1. 常用方法
   LinkedList()————构造方法，用于建立一个空的数组列表
   LinkedList(Collection<? extends E> c)————构造方法，用于建立一个用集合c数据初始化的数组列表
   void addFirst(E obj)————向列表头部增加一个元素
   void addLast(E obj)————向列表尾部增加一个元素
   E getFirst()————获取列表的第一个元素
   E getLast()————获取列表的最后一个元素
   E removeFirst()————移除列表的第一个元素
   E removeLast()————移除列表的最后一个元素

2.3  Set接口

　　Set接口继承Collection接口，Set中的对象元素不能重复，其元素添加后不保证与添加的顺序一致，无序。Set接口没有引入新方法，所以Set就是一个Collection，只是其行为不同。常用实现类有HashSet类和TreeSet类。

2.3.1  Set实现类——HashSet

　　HashSet能够快速定位一个元素，放到HashSet中的对象一般需要重写hashCode()方法。该结构使用散列表进行存储。再散列中，一个关键字的信息内容被用来确定唯一的一个值，成为散列码（hash code）。而散列码被用来当做与关键字相连的数据的存储下标。关键字到其散列码的转换是自动执行的。散列法的优点在于即使对于大的集合，一些基本操作如add、contains、remove和size方法的平均运行时间保持不变。

1. 常用构造方法
   HashSet()————构造一个默认的散列集合
   HashSet(Collection<? extends E> c)————用c中的元素初始化散列集合
   HashSet(int capacity)————初始化容量为capacity的散列集合
   HashSet(int capacity，float fill)————初始化容量为capacity，填充比为fill的散列集合

2.3.2  Set实现类——TreeSet

　　TreeSet是用树结构来进行存储，对象按升序存储，访问和检索速度快。在存储了大量多的需要进行快速检索排序信息的情况下，TreeSet是一个很好的选择。

　　要注意：TreeSet元素按照字符串顺序也就是字典顺序排列，TreeSet将放入其中的元素按序存放，这就要求放入其中的对象是可排序的。集合框架中提供了用于排序的两个实用接口：Comparable和Comparator。一个可排序的类应该实现Comparable接口。如果多个类具有相同的排序算法时，或需为某个类指定多个排序依据，可将排序算法抽取出来，通过扩展Comparable接口的类实现即可。

　　在不指明排序依据的情况下，添加到TreeSet中的对象需要实现Comparable接口。

1. 常用构造方法
   TreeSet()————构造一个空的TreeSet
   TreeSet(Collection<? extends E> c)————构造一个包含c的元素的TreeSet
   TreeSet(Comparator<? super E> comp)————构造由comp指定的比较依据的TreeSet
   TreeSet(SortedSet<E> sortSet)————构造一个包含sortSet所有元素的TreeSet

2.4  Map接口

　　Map接口没有继承Collection接口。Map接口用于维护键/值对的集合。Map容器中的键对象不允许重复，而一个值对象又可以是一个Map，依次类推，这样就可以形成一个多级映射。

　　Map是一种把键对象和值对象进行关联的容器，Map容器中的键对象不允许重复。Map中提供了Map.Entry接口，通过Mapde entrySet方法返回一个实现Map.Entry接口的对象集合，使得可以单独操作Map的项（键/值对），在Map中的每一个项，就是一个Map.Entry对象，通过遍历每一个Entry，可以获得每一个条目的键或值，并对值进行修改。常用的实现类有HashMap、TreeMap。

1. Map.Entry常用方法
   K getKey()————返回该项的键
   V getValue()————返回该项的值
   int hashCode————返回该项的散列值
   boolean equals(Object obj)————判断当前项与指定的obj是否相等
   V setValue(V v)————用v覆盖当前项的值，并且返回旧值
2. Map的方法
   void clear()————删除所有的键/值对
   boolean containsKey(Object key)————判断Map中是否包含了关键字为key的键/值对
   boolean containsValue(Object key)————判断Map中是否包含了值为key的键/值对
   Set<Map,Entry<K,V> > entrySet()————返回Map中项的集合，集合对象类型为Map.Entry
   V get(Object key)————获取键为key对应的值对象
   int hasCode()————返回Map的散列码
   boolean isEmpty()————判断Map是否为空
   Set<K> keySet()————返回Map中关键字的集合
   V put(K key,V value)————返回键值对为key-value的项，如果key值已经存在，则覆盖并返回旧值，否则作为增加操作，返回null
   void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m)————将m的项全部放入到当前Map中
   V remove(Object key)————移除键为key对应的项
   int size()————返回Map中项的个数
   Collection<V> values()————返回Map中值的集合
3. 需要注意的是，Map不是Collection，但可以将Map转化为Collection，Map提供了用于转换为集合的三个方法：
   entrySet()：返回一个包含了Map中元素的集合，每个元素都包括键值对
   keySet():返回键的集合
   values():返回值的集合

2.4.1  Map实现类——HashMap

　　HashMap类使用散列表实现Map接口。散列映射并不保证它的元素顺序，元素加入散列映射的顺序并不一定是他们被迭代方法读出的顺序。HashMap允许使用null键和null值。

2.4.2  Map实现类——TreeMap

　　TreeMap类使用树实现Map接口。TreeMap按顺序存储“键/值”对，同时允许快速检索。值得注意的是，不像是散列映射，TreeMap保证他的元素按照键升序排序

1. 常用构造方法 
   TreeMap()————构造一个缺省的TreeMap
   TreeMap(Comparator<? super K> comp)————构造指定比较器的TreeMap
   TreeMap(Map<? extends K,? extends V> m)————使用已有的Map对象m构造TreeMap
   TreeMap(SortedMap<K,? extends V> m)————使用已有的SortedMap对象m构造TreeMap

2.5  迭代器接口

　　它的功能与遗留的Enumeration类似，但更容易掌握，功能也更强大。Iterator接口中的方法能以迭代方式逐个访问集合中各个元素，并安全的从Collection中删除元素。

1. Iterator常用方法
   boolean hasNext()————判断是否存在另一个可访问的元素，如存在返回true
   E next()————返回要访问的下一个元素。如果到达集合结尾，则抛出NoSuchElementException异常
   void remove()————删除上次访问返回的对象。本方法必须紧跟在一个元素的访问后执行。如果上次访问后集合已被修改，方法将抛出IllegalStateException
2. 注意：可以使用Collection接口的Iterator方法获取当前集合的Iterator操作对象

2.5.1  ListIterator接口

　　ListIterator接口继承Iterator接口，是列表迭代器，用以支持添加或更改底层集合中的元素，允许程序员双向访问、修改列表。ListIterator没有当前位置，光标位于调用previous和next方法返回的值之间，是一个长度为n的列表，有n+1个有效索引值

1. ListIterator常用方法
   void add(E o)————将对象o添加到当前位置的前面
   void set(E o)————用对象o替代next或previous方法访问的上一个元素
   boolean hasPrevious()————判断向后迭代时是否有元素可以访问
   E previous()————返回上一个对象
   int nextIndex()————返回下次调用next方法时将返回的元素的索引 
   int previousIndex()————返回下次调用previous方法时将返回的元素的索引

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（三）集合技巧

3.1  记忆技巧

判断元素需要唯一么？
——需要：Set

　　——需要制定顺序么？
　　　　——需要：TreeSet（按照字典顺序，即指定方式排序）
　　　　——不需要：HashSet（无序）

　　　　——如果需要一个和存储一致的顺序：LinkedHashSet

——不需要：List

　　——需要频繁增删么？

　　　　——需要：LinkedList
　　　　——不需要：ArrayList

TreeSet、HashSet、LinkedList、ArrayList，其后缀名就是该集合所属体系，前缀名就是该集合的数据结构
看到Array，就要想到数组，查询快、有角标;
看到Link，就要想到链表，增删快，就要想到增、删方法，add、remove、get
看到Hash，就要想到哈希表，想到唯一性，想到元素需要覆盖hashcode方法及equals方法
看到Tree，就要想到二叉树，想到排序，想到两个接口Comparable、Comparator

通常这些容器都是不同步的，同步的就是Vector，但是相应的效率是非常慢的。

3.2  要注意的问题

简述Collection和Collections的区别？

　　Collection接口是集合框架的基础，用于表示对象的集合。该接口中声明了所有集合都将拥有的核心算法
　　Collections是集合框架中的辅助类，提供了一个Collection类型的容器，诸如排序、查找、复制、填充等非常有用的方法

Collections和Arrays的区别？

　　Collections是集合框架中的辅助类，提供了一个Collection类型的容器，诸如排序、查找、复制、填充等非常有用的方法。
　　Array也是一个很实用的辅助类，提供了针对数组的类似操作的方法。