Java API —— TreeSet类

1、TreeSet类

   1）TreeSet类概述

        使用元素的自然顺序对元素进行排序

        或者根据创建 set 时提供的 Comparator 进行排序

        具体取决于使用的构造方法。 

    2）TreeSet是如何保证元素的排序和唯一性的

        底层数据结构是红黑树(红黑树是一种自平衡的二叉树)

 

例子1：

package treesetdemos;
import java.util.TreeSet;
/**
 * Created by gao on 15-12-17.
 */
/*
 * TreeSet：能够对元素按照某种规则进行排序。
 * 排序有两种方式
 * A:自然排序
 * B:比较器排序
 *
 * TreeSet集合的特点：排序和唯一
 *
 * 通过观察TreeSet的add()方法，我们知道最终要看TreeMap的put()方法。
 */
public class TreeDemo01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合对象
        // 自然顺序进行排序
        TreeSet<Integer> ts = new TreeSet<Integer>();
        // 创建元素并添加
        // 20,18,23,22,17,24,19,18,24
        ts.add(20);
        ts.add(18);
        ts.add(23);
        ts.add(22);
        ts.add(17);
        ts.add(24);
        ts.add(19);
        ts.add(18);
        ts.add(24);
        // 遍历
        for(Integer i : ts){
            System.out.println(i);
        }
    }
}

输出结果：

17

18

19

20

22

23

24

 

    3）TreeSet的add()方法的源码解析

interface Collection {...}
interface Set extends Collection {...}
interface NavigableMap {
}
class TreeMap implements NavigableMap {
     public V put(K key, V value) {
        Entry<K,V> t = root;
        if (t == null) {
            compare(key, key); // type (and possibly null) check
            root = new Entry<>(key, value, null);
            size = 1;
            modCount++;
            return null;
        }
        int cmp;
        Entry<K,V> parent;
        // split comparator and comparable paths
        Comparator<? super K> cpr = comparator;
        if (cpr != null) {
            do {
                parent = t;
                cmp = cpr.compare(key, t.key);
                if (cmp < 0)
                    t = t.left;
                else if (cmp > 0)
                    t = t.right;
                else
                    return t.setValue(value);
            } while (t != null);
        }
        else {
            if (key == null)
                throw new NullPointerException();
            Comparable<? super K> k = (Comparable<? super K>) key;
            do {
                parent = t;
                cmp = k.compareTo(t.key);
                if (cmp < 0)
                    t = t.left;
                else if (cmp > 0)
                    t = t.right;
                else
                    return t.setValue(value);
            } while (t != null);
        }
        Entry<K,V> e = new Entry<>(key, value, parent);
        if (cmp < 0)
            parent.left = e;
        else
            parent.right = e;
        fixAfterInsertion(e);
        size++;
        modCount++;
        return null;
    }
}
class TreeSet implements Set {
    private transient NavigableMap<E,Object> m;
    
    public TreeSet() {
         this(new TreeMap<E,Object>());
    }
    public boolean add(E e) {
        return m.put(e, PRESENT)==null;
    }
}
真正的比较是依赖于元素的compareTo()方法，而这个方法是定义在 Comparable里面的。
所以，你要想重写该方法，就必须是先实现 Comparable接口。这个接口表示的就是自然排序。

　　4）TreeSet存储元素自然排序和唯一的图解

 

 

例子2：存储自定义对象并保证排序唯一

自定义类：先按年龄排序，年龄相同按姓名自然排序

package treesetdemos;
/**
 * @author Administrator
 * 
 */
/*
 * 如果一个类的元素要想能够进行自然排序，就必须实现自然排序接口
 */
public class Student implements Comparable<Student>{
    private String name;
    private int age;
    public Student() {
        super();
    }
    public Student(String name, int age) {
        super();
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    @Override
    public int compareTo(Student s) {
        // return 0;
        // return 1;
        // return -1;
        // 这里返回什么，其实应该根据我的排序规则来做
        // 按照年龄排序,主要条件
        int num = this.age - s.age;
        // 次要条件
        // 年龄相同的时候，还得去看姓名是否也相同
        // 如果年龄和姓名都相同，才是同一个元素
        int num2 = num == 0 ? this.name.compareTo(s.name) : num;
        return num2;
    }
}

 测试类：（TreeSet无参构造，自然排序）

package treesetdemos;
import java.util.TreeSet;
/**
 * Created by gao on 15-12-17.
 */
/*
 * TreeSet存储自定义对象并保证排序和唯一。
 *
 * A:你没有告诉我们怎么排序
 *         自然排序，按照年龄从小到大排序
 * B:元素什么情况算唯一你也没告诉我
 *         成员变量值都相同即为同一个元素
 */
public class TreeSetDemo02 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合对象
        TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>();
        // 创建元素
        //
        Student s1 = new Student("linqingxia", 27);
        Student s2 = new Student("zhangguorong", 29);
        Student s3 = new Student("wanglihong", 23);
        Student s4 = new Student("linqingxia", 27);
        Student s5 = new Student("liushishi", 22);
        Student s6 = new Student("wuqilong", 40);
        Student s7 = new Student("fengqingy", 22);
        Student s8 = new Student("linqingxia", 29);
        // 添加元素
        ts.add(s1);
        ts.add(s2);
        ts.add(s3);
        ts.add(s4);
        ts.add(s5);
        ts.add(s6);
        ts.add(s7);
        ts.add(s8);
        // 遍历
        for (Student s : ts) {
            System.out.println(s.getName() + "---" + s.getAge());
        }
    }
}

输出结果：

fengqingy---22

liushishi---22

wanglihong---23

linqingxia---27

linqingxia---29

zhangguorong---29

wuqilong---40

 

例子3：按照姓名的长度排序

自定义学生类：

package treesetdemos;
/**
 * Created by gao on 15-12-17.
 */
public class Student02 implements  Comparable<Student02>  {
    private String name;
    private int age;
    public Student02() {
        super();
    }
    public Student02(String name, int age) {
        super();
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
    @Override
    public int compareTo(Student02 o) {
        // 主要条件 姓名的长度
        int num = this.name.length() - o.name.length();
        // 姓名的长度相同，不代表姓名的内容相同
        int num2 = num == 0 ? this.name.compareTo(o.name) : num;
        // 姓名的长度和内容相同，不代表年龄相同，所以还得继续判断年龄
        int num3 = num2 == 0 ? this.age - o.age : num2;
        return num3;
    }
}

 测试类：（TreeSet无参构造，自然排序）

package treesetdemos;
import java.util.TreeSet;
/**
 * Created by gao on 15-12-17.
 */
/*
 * 需求：请按照姓名的长度排序
 */
public class TreeSetDemo03 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合对象
        TreeSet<Student02> ts = new TreeSet<Student02>();
        // 创建元素
        //
        Student02 s1 = new Student02("linqingxia", 27);
        Student02 s2 = new Student02("zhangguorong", 29);
        Student02 s3 = new Student02("wanglihong", 23);
        Student02 s4 = new Student02("linqingxia", 27);
        Student02 s5 = new Student02("liushishi", 22);
        Student02 s6 = new Student02("wuqilong", 40);
        Student02 s7 = new Student02("fengqingy", 22);
        Student02 s8 = new Student02("linqingxia", 29);
        // 添加元素
        ts.add(s1);
        ts.add(s2);
        ts.add(s3);
        ts.add(s4);
        ts.add(s5);
        ts.add(s6);
        ts.add(s7);
        ts.add(s8);
        // 遍历
        for (Student02 s : ts) {
            System.out.println(s.getName() + "---" + s.getAge());
        }
    }
}

输出结果：

fengqingy---22

liushishi---22

wanglihong---23

linqingxia---27

linqingxia---29

zhangguorong---29

wuqilong---40

 

    5）自定义比较器

学生类：

package comparabledemos;
/**
 * @author Administrator
 * 
 */
public class Student {
    private String name;
    private int age;
    public Student() {
        super();
    }
    public Student(String name, int age) {
        super();
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getAge() {
        return age;
    }
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}

方式一：新建一个接口类MyComparator 实现Comparator接口。

MyComparator接口类：

package comparabledemos;
import java.util.Comparator;
/**
 * Created by gao on 15-12-18.
 */
public class MyComparator implements Comparator<Student> {
    @Override
    public int compare(Student s1, Student s2) {
        // int num = this.name.length() - s.name.length();
        // this -- s1
        // s -- s2
        // 姓名长度
        int num = s1.getName().length() - s2.getName().length();
        // 姓名内容
        int num2 = num == 0 ? s1.getName().compareTo(s2.getName()) : num;
        // 年龄
        int num3 = num2 == 0 ? s1.getAge() - s2.getAge() : num2;
        return num3;
    }
}

测试类：（TreeSet有参构造，调用比较器排序）

package comparabledemos;
import java.util.TreeSet;
/**
 * Created by gao on 15-12-18.
 */
/*
 * 需求：请按照姓名的长度排序
 *
 * TreeSet集合保证元素排序和唯一性的原理
 * 唯一性：是根据比较的返回是否是0来决定。
 * 排序：
 *         A:自然排序(元素具备比较性)
 *             让元素所属的类实现自然排序接口 Comparable
 *         B:比较器排序(集合具备比较性)
 *             让集合的构造方法接收一个比较器接口的子类对象 Comparator
 */
public class MyComparableDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合对象
        // TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>(); //自然排序
        // public TreeSet(Comparator comparator) //比较器排序
        TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>(new MyComparator());
        // 创建元素
        Student s1 = new Student("linqingxia", 27);
        Student s2 = new Student("zhangguorong", 29);
        Student s3 = new Student("wanglihong", 23);
        Student s4 = new Student("linqingxia", 27);
        Student s5 = new Student("liushishi", 22);
        Student s6 = new Student("wuqilong", 40);
        Student s7 = new Student("fengqingy", 22);
        Student s8 = new Student("linqingxia", 29);
        // 添加元素
        ts.add(s1);
        ts.add(s2);
        ts.add(s3);
        ts.add(s4);
        ts.add(s5);
        ts.add(s6);
        ts.add(s7);
        ts.add(s8);
        // 遍历
        for (Student s : ts) {
            System.out.println(s.getName() + "---" + s.getAge());
        }
    }
}

方式二：直接创建匿名内部类实现比较器

package comparabledemos;
import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;
/**
 * Created by gao on 15-12-18.
 */
/*
 * 需求：请按照姓名的长度排序
 *
 * TreeSet集合保证元素排序和唯一性的原理
 * 唯一性：是根据比较的返回是否是0来决定。
 * 排序：
 *         A:自然排序(元素具备比较性)
 *             让元素所属的类实现自然排序接口 Comparable
 *         B:比较器排序(集合具备比较性)
 *             让集合的构造方法接收一个比较器接口的子类对象 Comparator
 */
public class MyComparableDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合对象
        // TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>(); //自然排序
        // public TreeSet(Comparator comparator) //比较器排序
        //TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>(new MyComparator());
        // 如果一个方法的参数是接口，那么真正要的是接口的实现类的对象
        // 而匿名内部类就可以实现这个东西
        TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>(new Comparator<Student>(){
            @Override
            public int compare(Student s1, Student s2) {
                // 姓名长度
                int num = s1.getName().length() - s2.getName().length();
                // 姓名内容
                int num2 = num == 0 ? s1.getName().compareTo(s2.getName())
                        : num;
                // 年龄
                int num3 = num2 == 0 ? s1.getAge() - s2.getAge() : num2;
                return num3;
            }
        });
        // 创建元素
        Student s1 = new Student("linqingxia", 27);
        Student s2 = new Student("zhangguorong", 29);
        Student s3 = new Student("wanglihong", 23);
        Student s4 = new Student("linqingxia", 27);
        Student s5 = new Student("liushishi", 22);
        Student s6 = new Student("wuqilong", 40);
        Student s7 = new Student("fengqingy", 22);
        Student s8 = new Student("linqingxia", 29);
        // 添加元素
        ts.add(s1);
        ts.add(s2);
        ts.add(s3);
        ts.add(s4);
        ts.add(s5);
        ts.add(s6);
        ts.add(s7);
        ts.add(s8);
        // 遍历
        for (Student s : ts) {
            System.out.println(s.getName() + "---" + s.getAge());
        }
    }
}

输出结果：

wuqilong---40

fengqingy---22

liushishi---22

linqingxia---27

linqingxia---29

wanglihong---23

zhangguorong---29

 

 

例子4：编写一个程序，获取10个1至20的随机数，要求随机数不能重复。

package comparabledemos;
import java.util.HashSet;
import java.util.Random;
/**
 * Created by gao on 15-12-18.
 */
/*
 * 编写一个程序，获取10个1至20的随机数，要求随机数不能重复。
 *
 * 分析：
 *         A:创建随机数对象
 *         B:创建一个HashSet集合
 *         C:判断集合的长度是不是小于10
 *             是：就创建一个随机数添加
 *             否：不搭理它
 *         D:遍历HashSet集合
 */
public class HashSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建随机数对象
        Random r = new Random();
        // 创建一个Set集合
        HashSet<Integer> hs = new HashSet<Integer>();
        // 判断集合的长度是不是小于10
        while (hs.size() < 10) {
            int x = r.nextInt(20) + 1;
            hs.add(x);
        }
        
        // 遍历Set集合
        for (int x : hs) {
            System.out.println(x);
        }
    }
}

例子5：键盘录入5个学生信息(姓名,语文成绩,数学成绩,英语成绩),按照总分从高到低输出到控制台

学生类：

package comparabledemos;
/**
 * @author Administrator
 * 
 */
public class Student {
    // 姓名
    private String name;
    // 语文成绩
    private int chinese;
    // 数学成绩
    private int math;
    // 英语成绩
    private int english;
    public Student() {
        super();
    }
    public Student(String name, int chinese, int math, int english) {
        this.name = name;
        this.chinese = chinese;
        this.math = math;
        this.english = english;
    }
    public String getName() {
        return name;
    }
    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
    public int getChinese() {
        return chinese;
    }
    public void setChinese(int chinese) {
        this.chinese = chinese;
    }
    public int getMath() {
        return math;
    }
    public void setMath(int math) {
        this.math = math;
    }
    public int getEnglish() {
        return english;
    }
    public void setEnglish(int english) {
        this.english = english;
    }
    public int getSum(){
        return this.chinese + this.english + this.math;
    }
}

 测试类：

package comparabledemos;
import java.util.Comparator;
import java.util.Scanner;
import java.util.TreeSet;
/**
 * Created by gao on 15-12-18.
 */
/*
 * 键盘录入5个学生信息(姓名,语文成绩,数学成绩,英语成绩),按照总分从高到低输出到控制台
 *
 * 分析：
 *         A:定义学生类
 *         B:创建一个TreeSet集合
 *         C:总分从高到底如何实现呢?
 *         D:键盘录入5个学生信息
 *         E:遍历TreeSet集合
 */
public class TreeSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Student> ts = new TreeSet<Student>(new Comparator<Student>() {
            @Override
            // 创建一个TreeSet集合
            public int compare(Student s1, Student s2) {
                // 总分从高到低（注意这里是s2减s1）
                int num = s2.getSum() - s1.getSum();
                // 总分相同的不一定语文相同
                int num2 = num == 0 ? s1.getChinese() - s2.getChinese() : num;
                // 总分相同的不一定数序相同
                int num3 = num2 == 0 ? s1.getMath() - s2.getMath() : num2;
                // 总分相同的不一定英语相同
                int num4 = num3 == 0 ? s1.getEnglish() - s2.getEnglish() : num3;
                // 姓名还不一定相同
                int num5 = num4 == 0 ? s1.getName().compareTo(s2.getName()) : num4;
                return num5;
            }
        });
        System.out.println("学生信息录入开始");
        // 键盘录入5个学生信息
        for(int x = 1; x <= 5; x++){
            Scanner sc = new Scanner(System.in);
            System.out.println("请输入第" + x + "个学生的姓名:");
            String name = sc.nextLine();
            System.out.println("请输入第" + x + "个学生的语文成绩:");
            String chineseString = sc.nextLine();
            System.out.println("请输入第" + x + "个学生的数学成绩:");
            String mathString = sc.nextLine();
            System.out.println("请输入第" + x + "个学生的英语成绩:");
            String englishString = sc.nextLine();
            // 把数据封装到学生对象中
            Student s = new Student();
            s.setName(name);
            s.setChinese(Integer.parseInt(chineseString));
            s.setMath(Integer.parseInt(mathString));
            s.setEnglish(Integer.parseInt(englishString));
            // 把学生对象添加到集合
            ts.add(s);
        }
        System.out.println("学生信息录入完毕");
        System.out.println("学习信息从高到低排序如下：");
        System.out.println("姓名	语文成绩	数学成绩	英语成绩");
        // 遍历集合
        for (Student s : ts) {
            System.out.println(s.getName() + "	" + s.getChinese() + "	"
                    + s.getMath() + "	" + s.getEnglish());
        }
    }
}

输出结果：

学生信息录入开始

请输入第1个学生的姓名:

小明

请输入第1个学生的语文成绩:

89

请输入第1个学生的数学成绩:

90

请输入第1个学生的英语成绩:

91

请输入第2个学生的姓名:

小红

请输入第2个学生的语文成绩:

99

请输入第2个学生的数学成绩:

95

请输入第2个学生的英语成绩:

100

请输入第3个学生的姓名:

小青

请输入第3个学生的语文成绩:

95

请输入第3个学生的数学成绩:

96

请输入第3个学生的英语成绩:

99

请输入第4个学生的姓名:

小高

请输入第4个学生的语文成绩:

99

请输入第4个学生的数学成绩:

100

请输入第4个学生的英语成绩:

100

请输入第5个学生的姓名:

小杨

请输入第5个学生的语文成绩:

85

请输入第5个学生的数学成绩:

80

请输入第5个学生的英语成绩:

60

学生信息录入完毕

学习信息从高到低排序如下：

姓名 语文成绩 数学成绩 英语成绩

小高 99 100 100

小红 99 95 100

小青 95 96 99

小明 89 90 91

小杨 85 80 60