JavaSE学习笔记（十五）—— 集合概述及Collection接口

一、集合概述

1.1 集合的由来

　　我们学习的是面向对象语言，而面向对象语言对事物的描述是通过对象体现的，为了方便对多个对象进行操作，我们就必须把这多个对象进行存储。而要想存储多个对象，就不能是一个基本的变量，而应该是一个容器类型的变量，在我们目前所学过的知识里面，有哪些是容器类型的呢？数组和StringBuffer。但是呢?StringBuffer的结果是一个字符串，不一定满足我们的要求，所以我们只能选择数组，这就是对象数组。而对象数组又不能适应变化的需求，因为数组的长度是固定的，这个时候，为了适应变化的需求，Java就提供了集合类供我们使用。

1.2 数组和集合的区别

【长度区别】

　　数组的长度固定
　　集合长度可变

【内容不同】

　　数组存储的是同一种类型的元素
　　而集合可以存储不同类型的元素

【元素的数据类型问题】

　　数组可以存储基本数据类型，也可以存储引用数据类型
　　集合只能存储引用类型

1.3 集合的继承体系

　　刚说过集合是存储多个元素的，但是呢，存储多个元素我们也是有不同需求的：比如说，我要这多个元素中不能有相同的元素，再比如说，我要这多个元素按照某种规则排序一下。针对不同的需求，Java就提供了不同的集合类，这样呢，Java就提供了很多个集合类。这多个集合类的数据结构不同,结构不同不重要的，重要的是你要能够存储东西，并且还要能够使用这些东西，比如说判断，获取等。既然这样，那么，这多个集合类是有共性的内容的，我们把这些集合类的共性内容不断的向上提取，最终就能形成集合的继承体系结构。

　　因为Collection是集合继承体系中的根接口，所以我们先来学习Collection。

　　Collection 是层次结构中的根接口。Collection 表示一组对象，这些对象也称为 collection 的元素。一些 collection 允许有重复的元素，而另一些则不允许。一些 collection 是有序的，而另一些则是无序的。

二、Collection的基本功能

2.1 添加功能

• boolean add(Object obj):添加一个元素
• boolean addAll(Collection c):添加一个集合的元素

public class CollectionDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合1
        // Collection c1 = new Collection(); //错误，因为接口不能实例化

        Collection c1 = new ArrayList();
        c1.add("abc1");
        c1.add("abc2");
        c1.add("abc3");
        c1.add("abc4");

        // 创建集合2
        Collection c2 = new ArrayList();
        c2.add("abc5");
        c2.add("abc6");
        c2.add("abc7");

        // boolean addAll(Collection c):添加一个集合的元素
        System.out.println("addAll:" + c1.addAll(c2));//true
        System.out.println("c1" + c1);//[abc1, abc2, abc3, abc4, abc5, abc6, abc7]

    }
}

2.2 删除功能

•  void clear():移除所有元素
• boolean remove(Object o):移除一个元素
• boolean removeAll(Collection c):移除一个集合的元素，只要有一个元素被移除了，就返回true。

public class CollectionDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合1
        Collection c1 = new ArrayList();
        c1.add("abc1");
        c1.add("abc2");
        c1.add("abc3");
        c1.add("abc4");

        // void clear():移除所有元素
        // c1.clear();

        // boolean remove(Object o):移除一个元素
        // System.out.println("remove:" + c1.remove("abc1"));
        // System.out.println("remove:" + c1.remove("abc2"));

        // 创建集合2
        Collection c2 = new ArrayList();
        c2.add("abc2");
        c2.add("abc3");
        c2.add("abc7");

        //boolean removeAll(Collection c):移除一个集合的元素
        //只要有一个元素被移除了，就返回true。
        System.out.println("removeAll:" + c1.removeAll(c2));
        System.out.println("c1:" + c1);//[abc1, abc4]
    }
}

2.3 判断功能

• boolean contains(Object o)：判断集合中是否包含指定的元素
• boolean containsAll(Collection c)：判断集合中是否包含指定的集合元素，只有包含所有的元素，才叫包含
• boolean isEmpty()：判断集合是否为空

public class CollectionDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合1
        // Collection c1 = new Collection(); //错误，因为接口不能实例化

        Collection c1 = new ArrayList();
        c1.add("abc1");
        c1.add("abc2");
        c1.add("abc3");
        c1.add("abc4");

        // boolean contains(Object o)：判断集合中是否包含指定的元素
        // System.out.println("contains:"+c1.contains("abc1"));
        // System.out.println("contains:"+c1.contains("abc2"))

        // boolean isEmpty()：判断集合是否为空
        // System.out.println("isEmpty:"+c1.isEmpty());

        // 创建集合2
        Collection c2 = new ArrayList();
        c2.add("abc2");
        c2.add("abc3");
        c2.add("abc7");

        //boolean containsAll(Collection c)：判断集合中是否包含指定的集合元素
        //只有包含所有的元素，才叫包含
        System.out.println("containsAll:" + c1.containsAll(c2));//false
        System.out.println("c1:" + c1);
    }
}

2.4 长度功能

　　int size():元素的个数

public class CollectionDemo {
    public static void main(String[] args) {// 创建集合对象
        // Collection c = new Collection(); //错误，因为接口不能实例化
        Collection c = new ArrayList();

        c.add("hello");
        c.add("world");
        c.add("java");
   //int size():元素的个数
        System.out.println("size:"+c.size());
    }
}

　　注意：

　　数组求长度用length属性；

　　字符串求长度用length()方法

　　集合求长度用size()方法

public class Length_Size {
    public static void main(String[] args) {
        String[] strings = {"aaa","bbb","ccc"};
        String string = "aaabbbccc";
        List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        list.add(1);
        
        System.out.println("String[].length="+strings.length);
        System.out.println("String.length()="+string.length());
        System.out.println("List.size()="+list.size());
    }
}

2.5 交集功能

　　boolean retainAll(Collection c):两个集合都有的元素

public class CollectionDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合1
        Collection c1 = new ArrayList();
        c1.add("abc1");
        c1.add("abc2");
        c1.add("abc3");
        c1.add("abc4");

        // 创建集合2
        Collection c2 = new ArrayList();
        c2.add("abc2");
        c2.add("abc3");
        c2.add("abc7");

        //boolean retainAll(Collection c):两个集合都有的元素?思考元素去哪了，返回的boolean又是什么意思呢?
        //假设有两个集合A，B。
        //A对B做交集，最终的结果保存在A中，B不变。
        //返回值表示的是A是否发生过改变。
        System.out.println("retainAll:" + c1.retainAll(c2));//true
        System.out.println("c1:" + c1);//[abc2, abc3]
        System.out.println("c2:" + c2);//[abc2, abc3, abc7]
    }
}

三、Collection集合的遍历

3.1 转成数组再遍历

　　Object[] toArray():把集合转成数组，可以实现集合的遍历

public class CollectionDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合对象
        Collection c = new ArrayList();

        // 添加元素
        c.add("hello");
        c.add("world");
        c.add("java");

        // 遍历
        // Object[] toArray():把集合转成数组，可以实现集合的遍历
        Object[] objs = c.toArray();
        for (int x = 0; x < objs.length; x++) {
            // System.out.println(objs[x]);
            // 我知道元素是字符串，我在获取到元素的的同时，还想知道元素的长度。
            // System.out.println(objs[x] + "---" + objs[x].length());
            // 上面的实现不了，原因是Object中没有length()方法
            // 我们要想使用字符串的方法，就必须把元素还原成字符串
            // 向下转型
            String s = (String) objs[x];
            System.out.println(s + "----" + s.length());
        }
    }
}

【练习】

　　用集合存储5个学生对象，并把学生对象进行遍历。

/*
 * 分析：
 * A:创建学生类
 * B:创建集合对象
 * C:创建学生对象
 * D:把学生添加到集合
 * E:把集合转成数组
 * F:遍历数组
 */
public class StudentDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合对象
        Collection c = new ArrayList();

        // 创建学生对象
        Student s1 = new Student("林青霞", 27);
        Student s2 = new Student("风清扬", 30);
        Student s3 = new Student("令狐冲", 33);
        Student s4 = new Student("武鑫", 25);
        Student s5 = new Student("刘晓曲", 22);

        // 把学生添加到集合
        c.add(s1);
        c.add(s2);
        c.add(s3);
        c.add(s4);
        c.add(s5);

        // 把集合转成数组
        Object[] objs = c.toArray();
        // 遍历数组
        for (int x = 0; x < objs.length; x++) {
            // System.out.println(objs[x]);

            Student s = (Student) objs[x];
            System.out.println(s.getName() + "---" + s.getAge());
        }
    }
}

3.2 使用Iterator迭代器遍历(重点)

　　Iterator iterator():迭代器，集合的专用遍历方式。

　　Iterator接口下有两个方法用于集合的遍历

• Object next():获取元素,并移动到下一个位置。
• boolean hasNext():如果仍有元素可以迭代，则返回 true。

public class IteratorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合对象
        Collection c = new ArrayList();

        // 创建并添加元素
        c.add("hello");
        c.add("world");
        c.add("java");

        // Iterator iterator():迭代器，集合的专用遍历方式
        Iterator it = c.iterator();// 实际返回的肯定是子类对象，这里是多态

        while (it.hasNext()) {
            String s = (String) it.next();
            System.out.println(s);
        }
    }
}

【迭代器的使用图解】

　　

【迭代器的原理解析】

　　迭代器为什么不定义成一个类，而是一个接口？

　　假设迭代器定义的是一个类，这样我们就可以创建该类的对象，调用该类的方法来实现集合的遍历。但是呢，我们想想，Java中提供了很多的集合类，而这些集合类的数据结构是不同的。所以，存储的方式和遍历的方式应该是不同的，进而它们的遍历方式也应该不是一样的，最终，就没有定义迭代器类的。

　　而无论你是哪种集合，你都应该具备获取元素的操作，并且，最好再辅助于判断功能，这样，在获取前先判断，就更不容易出错。也就是说，判断功能和获取功能应该是一个集合遍历所具备的，而每种集合的方式又不太一样，所以我们把这两个功能给提取出来，并不提供具体实现，这种方式就是接口。

　　那么，真正的具体实现类在哪里呢？

　　在真正的具体的子类中，以内部类的方式体现的。

【迭代器的源码】

public interface Inteator {
    boolean hasNext();
    Object next(); 
}

public interface Iterable {
    Iterator iterator();
}

public interface Collection extends Iterable {
    Iterator iterator();
}

public interface List extends Collection {
    Iterator iterator();
}

public class ArrayList implements List {
    public Iterator iterator() {
        return new Itr();
    }
    
    private class Itr implements Iterator {
        public boolean hasNext() {}
        public Object next(){} 
    }
}


Collection c = new ArrayList();
c.add("hello");
c.add("world");
c.add("java");
Iterator it = c.iterator();     //new Itr();
while(it.hasNext()) {
    String s = (String)it.next();
    System.out.println(s);
}

【练习】

 　　用集合存储5个学生对象，并把学生对象进行遍历。用迭代器遍历。

public class IteratorTest {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建集合对象
        Collection c = new ArrayList();

        // 创建学生对象
        Student s1 = new Student("林青霞", 27);
        Student s2 = new Student("风清扬", 30);
        Student s3 = new Student("令狐冲", 33);
        Student s4 = new Student("武鑫", 25);
        Student s5 = new Student("刘晓曲", 22);

        // 把学生添加到集合中
        c.add(s1);
        c.add(s2);
        c.add(s3);
        c.add(s4);
        c.add(s5);

        // 遍历
        Iterator it = c.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            Student s = (Student) it.next();
            System.out.println(s.getName() + "---" + s.getAge());

            // NoSuchElementException 不要多次使用it.next()方法
            // System.out.println(((Student) it.next()).getName() + "---"
            // + ((Student) it.next()).getAge());

        }
        // System.out.println("----------------------------------");

        // for循环改写
        // for(Iterator it = c.iterator();it.hasNext();){
        // Student s = (Student) it.next();
        // System.out.println(s.getName() + "---" + s.getAge());
        // }
    }
}

　　注意：不要多次使用it.next()方法，因为每次使用都是访问一个对象。

四、集合的toString()方法源码解析

Collection c = new ArrayList();
c.add("hello");
c.add("world");
c.add("java");

System.out.println(c);

　　为什么c输出的不是地址值呢?

1. Collection c = new ArrayList();

   这是多态，所以输出c的toString()方法，其实是输出ArrayList的toString()

2. 看ArrayList的toString()

   而我们在ArrayList里面却没有发现toString()。
   以后遇到这种情况，也不要担心，你认为有，它却没有，就应该去它父亲里面看看。

3. toString()的方法源码

   public String toString() {
       Iterator<E> it = iterator(); //集合本身调用迭代器方法，得到集合迭代器
       if (! it.hasNext())
           return "[]";
   
       StringBuilder sb = new StringBuilder();
       sb.append('[');
       for (;;) {
           E e = it.next(); //e=hello,world,java
           sb.append(e == this ? "(this Collection)" : e);
           if (! it.hasNext())
               //[hello, world, java]
               return sb.append(']').toString();
           sb.append(',').append(' ');
       }
   }