Java——（四）Collection之Set集合TreeSet类

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TreeSet类

　　TreeSet是SortedSet接口的实现类，正如SortedSet名字所暗示的，TreeSet可以确保集合

元素处于排序状态。与HashSet集合相比，TreeSet还提供了如下几个额外的方法。

1）Comparator comparator():

2)Object first():

3)Object last():

4)Object lower(Object o):

5)Object higher(Object 0):

6)SortedSet subSet(fromElemnet, toElement):

7)SortedSet headSet(toElement):返回此Set的子集，由小于toElement的元素组成。

8)SortedSet tailSet(fromElement):返回此Set的子集，由大于或等于fromElement的元素组成。

下面出现测试了TreeSet的通用用法：

import java.util.TreeSet;


public class TreeSetTest {

    public static void main(String[] args) {
        
        TreeSet numsSet = new TreeSet<>();
        //向TreeSet中添加四个Integer对象
        numsSet.add(5);
        numsSet.add(2);
        numsSet.add(10);
        numsSet.add(-2);
        //输出集合元素，看到集合元素已经处于排序状态
        System.out.println(numsSet);
        //输出集合里的第一个元素
        System.out.println(numsSet.first());
        //输出集合里的最后一个元素
        System.out.println(numsSet.last());
        //返回小于4的子集，不包含4
        System.out.println(numsSet.headSet(4));
        //返回大于5的子集，如果、set中包含5，子集中也包含5
        System.out.println(numsSet.tailSet(5));
        //返回大于等于-3、小于4的子集
        System.out.println(numsSet.subSet(-3, 4));
    }

}

运行结果：

[-2, 2, 5, 10]
-2
10
[-2, 2]
[5, 10]
[-2, 2]

　　与HashSet集合采用hash算法来决定因素的存储位置不同，TreeSet采用红黑树的数据结构

来存储集合元素。TreeSet支持两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下采用自然排序。

1.自然排序

　　TreeSet会调用集合元素的Comparable接口中的compareTo(Object obj)方法来比较元素

之间的大小关系，然后将集合元素按升序排列。当一个对象调用该方法与另一个对象进行比较时，

例如obj1.compareTo(obj2)，如果该方法返回0，则表明这两个对象相等；如果该方法返回一个

正数，则表明obj1大于obj2；如果该方法返回一个负数，则表明obj1小于obj2.

下面是实现了Comparable接口的常用类：

BigDecimal、BigInteger以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较。

• Character：按字符的UNICODE值进行比较。
• Boolean：true对应的包装类实例大于false对应的包装类实例。
• String：按字符串中的字符UNICODE值进行比较。
• Date、Time：后面的时间、日期比前面的时间、日期大。

　　如果试图把一个对象添加到TreeSet时，则该对象的类必须实现Comparable接口，否则则程

序将会抛出异常。下面程序师范了这个错误。

import java.util.TreeSet;

class Err{
    
}

public class TreeSetErrorTest {

    public static void main(String[] args) {

        TreeSet tSet =new TreeSet<>();
        //向TreeSet集合中添加两个Err对象
        tSet.add(new Err());
        tSet.add(new Err());
    }

}

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: Err cannot be cast to java.lang.Comparable
    at java.util.TreeMap.compare(Unknown Source)
    at java.util.TreeMap.put(Unknown Source)
    at java.util.TreeSet.add(Unknown Source)
    at TreeSetErrorTest.main(TreeSetErrorTest.java:13)

　　上面程序试图向TreeSet集合中添加两个Err对象，添加第一个对象时，TreeSet里没有任何

因素，所以不会出现任何问题；当添加第二个Err对象时，TreeSet就会调用该对象的

ComparaTo(Object obj)方法与集合中的其他因素进行比较——如果其对应的类没有实现

Comparable接口则会引发ClassCastException异常。因此。上面程序将会在添加第二个对象的

时候引发该异常。当试图从TreeSet中取出因素时，由于第一个元素没有实现Comparable接口，

因此也会引发ClassCastException异常。

　　大部分类在实现compareTo(Object obj)方法时，都需要将比较对象obj强制转换成相同类型

，因为只有相同类型的两个实例次啊会比较大小。当试图把一个对象添加到TreeSet集合时，

TreeSet会调用该对象的compareTo(Object obj)方法与集合中的其他因素进行比较——这就是要

求集合中的其他因素与该因素时同一个类的实例。也就是说，向TreeSet中添加的应该是同一个类

的对象，否则也会引发ClassCastException异常。

下面程序示范了这个错误。

import java.util.Date;
import java.util.TreeSet;


public class TreeSetErrorTest2 {

    public static void main(String[] args) {

        TreeSet tSet = new TreeSet<>();
        tSet.add(new String("黑马程序员"));
        tSet.add(new Date());
    }

}

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.String cannot be cast to java.util.Date
    at java.util.Date.compareTo(Unknown Source)
    at java.util.TreeMap.put(Unknown Source)
    at java.util.TreeSet.add(Unknown Source)
    at TreeSetErrorTest2.main(TreeSetErrorTest2.java:11)

上面程序先向TreeSet集合中添加了一个字符串对象，这个操作完全正确。当添加第二个Date对

象时，TreeSet就会调用该对象的compareTo(Object obj)方法与集合中的其他因素进行比较

——Date对象的compareTo(Object obj)方法无法与字符串对象比较大小，所以上面程序将在

添加Date对象时引发异常。

　　如果是向TreeSet中添加的对象是程序员自定义类的对象，则可以向TreeSet中添加多种类型

的对象，前提是用户自定义类实现了Comparable接口，实现该接口实现的compareTo(Object obj)

方法没有进行强制类型转换。但当试图取出TreeSet里的集合数据时，不同类型的元素依然会发生

ClassCastException异常。

　　当把一个对象加入TreeSet集合中时，TreeSet调用该对象的compareTo(Object obj)方法与

容器中的其他对象比较大小，然后根据红黑树结构找到它的存储位置。如果两个对象通过

compareTo(Object obj)方法比较相等，新对象将无法添加到TreeSet集合中。他判断两个对象是否

相等的唯一标准是：两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较是否返回0——如果通过

compareTo(Object obj)方法比较返回0，TreeSet则会认为它们相等；否则就认为它们不相等。

示例：

import java.util.TreeSet;


class Z implements Comparable{
    int age;
    public Z(int age){
        this.age = age;
    }
    //重写equals()方法
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {

        return true;
    }
    @Override
    public int compareTo(Object obj) {

        return 1;
    }
}
public class TreeSetTest2 {

    public static void main(String[] args) {

        TreeSet set = new TreeSet<>();
        Z z1 = new Z(6);
        set.add(z1);
        //输出true，表明添加成功
        System.out.println(set.add(z1));
        //输出set集合，将看到有两个变量
        System.out.println(set);
        //修改set集合的第一个元素的age变量
        ((Z)(set.first())).age = 9;
        //输出set集合的最后一个元素的age变量，将看到也变成了9
        System.out.println(((Z)(set.first())).age);
    }

}

运行结果：

true
[Z@717e5fde, Z@717e5fde]
9

　　程序中把同一对象再次添加到TreeSet集合中，因为z1对象的compareTo(Object obj)方法

总是返回1，虽然它的equals()方法总是返回true，但TreeSet会认为z1对象和它自己也不相等，

因此TreeSet可以添加两个z1对象。下图显示了TreeSet及Z对象在内存中的存储示意图。

从图中可以看到TreeSet对象保存的两个对象，实际上是同一元素。

如果把重写的compareTo(Object obj)方法中的返回值改为1，则运行结果如下：

false
[Z@39fc0f04]
9

如果向TreeSet中添加一个可变对象后，并且后面程序修改了该可变对象的Field，这将导致它与

其他对象的大小顺序发生了改变，但TreeSet不会再次调整它们的顺序，甚至可能导致TreeSet

中保存的这两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较返回0.下面程序演示了这种情况。

import java.util.TreeSet;

class M implements Comparable {

    int count;

    public M(int count) {
        this.count = count;
    }

    @Override
    public String toString() {

        return "M[count:" + count + "]";
    }
    @Override
    public boolean equals(Object obj) {

        if (this == obj) {
            return true;
        }
        if (obj != null && obj.getClass() == M.class) {
            M m = (M)obj;
            if (m.count == this.count) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
    //重写compareTo()方法，根据count来比较大小
    @Override
    public int compareTo(Object obj) {

        M m = (M) obj;
        return count > m.count ? 1 : count < m.count ? -1 : 0;
    }

}

public class TreeSetTest3 {

    public static void main(String[] args) {

        TreeSet tsSet = new TreeSet<>();
        tsSet.add(new M(5));
        tsSet.add(new M(-3));
        tsSet.add(new M(9));
        tsSet.add(new M(-2));
        //打印TreeSet集合，集合元素是有序排列的
        System.out.println(tsSet);
        //取出第一个元素的count值
        M firstM = (M)tsSet.first();
        //对第一个元素赋值
        firstM.count = 20;
        //取出最后一个元素
        M lastM = (M)tsSet.last();
        //对最后一个元素的count值赋值，与第二个元素的count值相同
        lastM.count = -2;
        //输出可以看到TreeSet集合里的元素处于无序状态，且有重复元素
        System.out.println(tsSet);
        //删除Field被改变的元素，删除失败
        System.out.println(tsSet.remove(new M(-2)));
        System.out.println(tsSet);
        //删除field没有改变的元素，删除成功
        System.out.println(tsSet.remove(new M(5)));
        System.out.println(tsSet);
    }

}

运行结果：

[M[count:-3], M[count:-2], M[count:5], M[count:9]]
[M[count:20], M[count:-2], M[count:5], M[count:-2]]
false
[M[count:20], M[count:-2], M[count:5], M[count:-2]]
true
[M[count:20], M[count:-2], M[count:-2]]

     上面程序中的M对象对应的类正常重写了equals()方法和compareTo()方法，这两个方法都以M

对象的count实例变量作为判断的依据。当改变TreeSet集合了可变元素的Field，再试图删除该对

象时，TreeSet会删除失败，所以删除count为-2的M对象时，没有元素被删除；当删除count为5

的M对象时，可以看到元素被删除，这表明TreeSet可以删除没有被修改的Field，且不与其他被修

改Field的对象重复的对象。

2.定制排序

　　TreeSet的自然排序是根据集合元素的大小，TreeSet将它们一升序排序。如果需要实现定制

排序，例如以降序排列，则可以通过Comparator接口的帮助。该接口里包含了一个int compare

(T o1, T o2)方法，该方法用于比较o1和o2的大小：如果该方法返回正整数，则表明o1大于o2；

如果该方法返回0，则表明o1等于o2；如果该方法返回负整数，则表明o1小于o2。

　　实现定制排序，则需要在创建TreeSet集合对象时，提供一个Comparator对象与该TreeSet

集合关联，由该Comparator对象负责集合元素的排序。

import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;

class C {
    int age;

    public C(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {

        return "C[age:" + age + "]";
    }
}

public class TreeSetTest4 {

    public static void main(String[] args) {

        TreeSet tSet = new TreeSet<>(new Comparator() {
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                C c1 = (C) o1;
                C c2 = (C) o2;
                return c1.age > c2.age ? -1 : c1.age < c2.age ? 1 : 0;
            }
        });
        tSet.add(new C(5));
        tSet.add(new C(-3));
        tSet.add(new C(9));
        System.out.println(tSet);
    }

}

运行结果：

[C[age:9], C[age:5], C[age:-3]]