day17_集合框架4(Collctions,Arrays,JDK1.5新特性)

1.Collection与Collections区别和联系:

/*
Collection与Collections区别和联系:
Collection是集合类的顶级接口，继承与他的接口主要有Set 和List.
Collections是针对集合操作的一个工具类，它提供一系列静态方法实现对各种集合的搜索、排序、线程安全化等操作。

Collections特点:
  内部并未封装特有数据成员->因此所有的方法均为静态.
为什么要有Collections?
 例如:我想要对List集合中的元素进行排序?
      ->这时为了弥补这个不足(当然了这只是其中一点)->Collections中 
public static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list)
*/

2.Collections中的静态方法:

①.排序

/*
static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list) 
          根据元素的自然顺序 对指定列表按升序进行排序。 
static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c) 
          根据指定比较器产生的顺序对指定列表进行排序。 

分析下这个泛型方法:(回顾下)
  在没有泛型时: public static void sort(List list)
  ->这样做是不安全的,提高安全性,限定集合中元素的类型->
  ->public static <T> void sort(List<T> list) 
  ->如果T为自定义类:例如Student->自身不具备比较性->无法排序
  ->令Student实现Comparable->具备自然顺序
  ->public static<T extends Comparable> void sort(List<T> list)
    (更安全,把运行时期可能出现的错误提到了编译时期)
  ->Comparable上也有泛型
  ->public static<T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list)
    (? super T提高了扩展性:Student/Student的父类型)
*/
package collections;
import java.util.*;

class CollectionsDemo{
 
 public static void print(Object obj){
  
  System.out.println(obj);
 }
 
 public static void maxList(List<String> list){
  
  print("max: "+ Collections.max(list));//列表中的最大(按自然顺序比较)元素 //ce
  print("maxLength: "+Collections.max(list,new StrLenComp()));//列表中的最大(按照指定比较器比较)元素 //abc
 
 }

 
 
 public static void main(String[] args){
     List<String> list =new ArrayList<String>();
     list.add("abc");
     list.add("ce");
     list.add("c");
     list.add("be");//注意用的是ArrayList集合,底层为数组结构->可以存入重复元素
     
     print(list);//abc ce c be
     Collections.sort(list);
     print("sort: "+list);//abc be c ce//排序改变了集合中元素的原有顺序
     Collections.sort(list,new StrLenComp());
     print("sortLength: "+list);//c be ce abc
      
     maxList(list);

 }
}
//按指定比较器(按长度进行比较)对List集合排序
class StrLenComp implements Comparator<String>{

   public int compare(String str_1,String str_2){
          
    int result = str_1.length()-str_2.length();
    if(result==0)
      return str_1.compareTo(str_2);
    return result;
   }
}

②二分查找

/*
static <T> int binarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key) 
          使用二分搜索法搜索指定列表，以获得指定对象。(列表中的元素必须具备自然顺序) 
static <T> int binarySearch(List<? extends T> list, T key, Comparator<? super T> c) 
          使用二分搜索法搜索指定列表，以获得指定对象。 (此时,必须指定比较器,而自然顺序可具备也可无)
*/
package collections;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Comparator;
class CollectionsDemo2 
{
    public static void print(Object obj){
  
     System.out.println(obj);
    }
    public static void main(String[] args){ 
    
      List<String> list = new ArrayList<String>();
      list.add("abc");
      list.add("a");
      list.add("c");
      list.add("ef");
      
      Collections.sort(list);//二分查找的前提:序列必须有序
      print("listSort: "+list);
      print("listBinarySearch: "+Collections.binarySearch(list,"d"));
      print ("index: "+biSearch(list,"d"));
      
      
      Collections.sort(list,new StrLenComp());
      print("listLength: "+list);
      print("listBinarySearch: "+Collections.binarySearch(list,"d",new StrLenComp()));
      print ("index: "+biSearch(list,"d",new StrLenComp()));
    }
    
    //模拟public static <T> int binarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list,T key)方法
    public static int biSearch(List<String> list,String key){
    
     int max,min,mid;
     max=list.size()-1;
     min=0;
     while(max>=min){
       mid = (max + min)>>1;
       String str=list.get(mid);
       int result = key.compareTo(str);
       if(result==0)
           return mid;
       else
           if(result>0)
             min=mid+1;
           else
              max=mid-1;
      }
      return -min-1;//返回-插入位置-1
    
    }
    //使用指定比较器
     public static int biSearch(List<String> list,String key,Comparator<String> comparator){
    
     int max,min,mid;
     max=list.size()-1;
     min=0;
     while(max>=min){
       mid = (max + min)>>1;
       String str=list.get(mid);
       int result =comparator.compare(key,str);//与上面唯一不同使用了compare方法
       if(result==0)
           return mid;
       else
           if(result>0)
             min=mid+1;
           else
              max=mid-1;
      }
      return -min-1;
    
    }
}

③替换

package collections;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.List;
/*
1.public static <T> void fill(List<? super T> list,T obj)
使用指定元素替换指定列表中的所有元素。 
此方法以线性时间运行。 

2.static <T> boolean replaceAll(List<T> list, T oldVal, T newVal) 
  使用另一个值替换列表中出现的所有某一指定值。(如果没有指定的值,原集合不变) 

3.static void shuffle(List<?> list) 
          使用默认随机源对指定列表进行置换.
  使用此方法将对集合中的元素进行随机排放
   也就是说每次运行打印集合,元素的位置可能均不同
4.static void swap(List<?> list, int i, int j) 
          在指定列表的指定位置处交换元素。 
*/

class CollectionsDemo3{

 public static void main(String[] args){
 
  ArrayList<String> al = new ArrayList<String>();
  al.add("abc");
  al.add("a"); 
  al.add("c");
  al.add("ef");
  CollectionsDemo.print(al);//打印al集合
  
  Collections.replaceAll(al,"ef","gg");//把集合中的ef替换成gg
  CollectionsDemo.print(al);//再次打印
  
  Collections.swap(al,0,3);//角标为0和3的元素交换
  CollectionsDemo.print(al);
  
  Collections.reverse(al);//反转al集合
                          //其实reverse底层用的就是swap进行两两交换
  CollectionsDemo.print(al);
  
  
  Collections.fill(al,"c");//"c"替换了al中的所有元素
                           //c为Stirng类型,那么第一个参数类型限定为List<? super String>(List<String>/List<Object>)
                           //这里如果第二个 
  fill(al,0,2,"mm");//角标0,1元素替换为mm
  CollectionsDemo.print(al);
 }

/*
自定义方法将List集合中的(指定)部分元素替换成指定元素
*/
 public static<T> void fill(List<? super T> list,int start,int end,T obj){
    
    for(int i=start;i<end;++i)//包含头,不包含尾
       list.set(i,obj);
    }

}

④逆转

/*
public static <T> Comparator<T> reverseOrder()
  返回一个比较器，它强行逆转实现了Comparable接口的对象collection 的自然顺序.

public static <T> Comparator<T> reverseOrder(Comparator<T> cmp)
  返回一个比较器,它强行逆转指定比较器的顺序。
  如果指定比较器为 null，则此方法等同于 reverseOrder()
 （换句话说，它返回一个比较器，该比较器将强行逆转实现了Comparable接口的对象collection的自然顺序）。 

*/
package collections;
import java.util.Collections;
import java.util.TreeSet;
import java.util.Comparator;
import java.util.Iterator;
/*
//过去写法
如果想要按照字符串自然顺序逆序输出
这时需要自定义比较器
*/
class MyCmp implements Comparator<String>{
  public int compare(String str_1,String str_2){
  
    return str_2.compareTo(str_1);
  }
}

//按字符串长度升序排序
class MyCmpLen implements Comparator<String>{
  public int compare(String str_1,String str_2){
   
    int num=str_1.length()-str_2.length();
    if(num==0)
      return str_1.compareTo(str_2);
    return num;
  }

}

class CollectionsDemo4 {
   
   public static void main(String[] args){
    
    //TreeSet<String> at = new TreeSet<String>(new MyCmp());//过去写法
    //TreeSet<String> at = new TreeSet<String>(Collections.reverseOrder());//算法和自定义比较器中算法大致相同
    
    //TreeSet<String> at = new TreeSet<String>(new MyCmpLen());    
    TreeSet<String> at = new TreeSet<String>(Collections.reverseOrder(new MyCmpLen()));//逆转指定比较器的顺序  
    at.add("g");
    at.add("abc");
    at.add("ef");
    for(Iterator<String>it=at.iterator();it.hasNext();){
     
      System.out.println(it.next());
    }
   }

}

3.线程同步的集合:

/*
 当有多个线程需要操作集合时,可能引发安全问题,
 这时候需要用到同步(某一时刻,只允许一个线程对集合进行添加/删除...)
 利用Collections中的方法返回一个支持同步(线程安全)的集合对象
 
*/
//底层源码:
   public static <T> Collection<T> synchronizedCollection(Collection<T> c) {
        return new SynchronizedCollection<>(c);
    }
  
  static class SynchronizedCollection<E> implements Collection<E>, Serializable {
        private static final long serialVersionUID = 3053995032091335093L;

        final Collection<E> c;  // Backing Collection
        final Object mutex;     // Object on which to synchronize

        SynchronizedCollection(Collection<E> c) {
            if (c==null)
                throw new NullPointerException();
            this.c = c;
            mutex = this;//这里用的是new SynchronizedCollection<>(c)锁
        }
        SynchronizedCollection(Collection<E> c, Object mutex) {
            this.c = c;
            this.mutex = mutex;
        }
        
        //下面均复写了Collection中方法,封装在了同步代码块中
        //这些方法都使用了同一个锁mutex(互斥)
        //保证了线程安全
        public int size() {
            synchronized (mutex) {return c.size();}
        }
        public boolean isEmpty() {
            synchronized (mutex) {return c.isEmpty();}
        }
        public boolean contains(Object o) {
            synchronized (mutex) {return c.contains(o);}
        }
        public Object[] toArray() {
            synchronized (mutex) {return c.toArray();}
        }
        public <T> T[] toArray(T[] a) {
            synchronized (mutex) {return c.toArray(a);}
        }

        public Iterator<E> iterator() {
            return c.iterator(); // Must be manually synched by user!
        }
        /*
         当使用时迭代器时,需要人为同步,例:
          ArrayList<String> at = new ArrayList<String>();
          Collection c = Collections.synchronizedCollection(at);
          
        
           Synchronized(c){//c锁和集合中的方法使用的是同一个锁
                           //也就是说当一个线程访问集合中方法,不能在访问迭代器方法
             
            Iterator i = c.iterator();// Must be in the synchronized block
                                      //这是因为在获取迭代器过程中不允许,添加/删除集合中元素
              while (i.hasNext())     //假设该语句不在同步中,一个线程在获取到迭代器后,另一个线程对集合进行了添加
                 foo(i.next());       //再去遍历该集合会发出并发修改异常
         }
        */

        public boolean add(E e) {
            synchronized (mutex) {return c.add(e);}
        }
        public boolean remove(Object o) {
            synchronized (mutex) {return c.remove(o);}
        }

        public boolean containsAll(Collection<?> coll) {
            synchronized (mutex) {return c.containsAll(coll);}
        }
        public boolean addAll(Collection<? extends E> coll) {
            synchronized (mutex) {return c.addAll(coll);}
        }
        public boolean removeAll(Collection<?> coll) {
            synchronized (mutex) {return c.removeAll(coll);}
        }
        public boolean retainAll(Collection<?> coll) {
            synchronized (mutex) {return c.retainAll(coll);}
        }
        public void clear() {
            synchronized (mutex) {c.clear();}
        }
        public String toString() {
            synchronized (mutex) {return c.toString();}
        }
        private void writeObject(ObjectOutputStream s) throws IOException {
            synchronized (mutex) {s.defaultWriteObject();}
        }
    }

4.操作数组的工具类:Arrays

①数组转换成集合:

/*
static <T> List<T> asList(T... a):将指定数组转换成List集合
*/
package arrays;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;
class ArraysDemo{
   
   public static void main(String[] args){
   
    int[][] arr={{1,3},{4}};
    System.out.println(Arrays.toString(arr));//打印的将是两个一维数组的字符串表示形式(Object中的toString方法)
    
    List<int[]> list = Arrays.asList(arr);//list集合中存放的两个一维数组对象
     
     String[] str={"ab","cd","ef"};  
     List<String> list_2=Arrays.asList(str);
     System.out.println("list: "+list+"\n"+"list_2: "+list_2);
    
     
     /*
      数组->集合优点:
       把数组变成集合,可以使用集合的思想和集合中的方法,
       例如:我想要判断某个元素是否存在,当转换集合后,
       利用contains方法
       
       注意:将数组变成集合,不可以使用集合的增删方法.
       因为数组的长度是固定的.
       如果使用add/remove->编译时:UnsupportOperationException(不支持的操作异常)
     */
     
     /*
       1.如果数组中的元素都是对象,那么变成集合时,数组
         中的元素直接转换成集合中的元素.
       
       2.如果数组中的元素都是基本数据类型或是数组,那么会将数组对象的字符串表示形式作为集合中元素存在
        int[] arr={1,3,4};
        List<int[]> list = Arrays.asList(arr);//集合中元素类型为数组对象的字符串形式
       Integer[] in={1,3,4};
       List<Integer> list_2= Arrays.asList(in);//注意集合中元素类型为Integer
     */

   }

}

②集合转成数组

/*
集合转换成数组:
 利用集合中的toArray()方法
 Object[] toArray() 
          返回按适当顺序包含列表中的所有元素的数组（从第一个元素到最后一个元素）。 
<T> T[] toArray(T[] a) 
          返回按适当顺序（从第一个元素到最后一个元素）包含列表中所有元素的数组；返回数组的运行时类型是指定数组的运行时类型。 
*/
package collections;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
class CollectionsDemo6{

  public static void main(String[] args){

    ArrayList<String>at=new ArrayList<String>();
    at.add("ab");
    at.add("cd");

//方法一:
    //String[] str=(String[])at.toArray();//返回类型为Object[],如果强转:Object[]->String[]
                                        //虽然能通过编译,但运行时发生异常,如下
    /*
    Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: [Ljava.lang.Object; can
     not be cast to [Ljava.lang.String;
        at collections.CollectionsDemo6.main(7_CollectionsDemo6.java:18)
    不允许做这样的转换,试想如果Objec[]类型的数组中存放的是Object对象,String无法操作
    [:代表一位数组
    L:代表这个数组是引用数据类型的数组.基本数据类型的每种类型都有自已对应的标识符.(int->I) 
    "java.lang.String"是数组元素的类型,标识这个数组是什么类型的数组. 
    
    
     String[] str={"abc","def"};
     Object[] obj=str;
     System.out.println(obj[1].length());//找不到方法length()说明数组中元素类型均为Object
                                         //说明Object[] obj=str;数组中的元素自动类型提升为Object
    */

    //可以这样使用
    Object[] obj = at.toArray();
    System.out.println(((String)obj[1]).length());//注意obj[1]的类型为Object,当我需要字符串长度时:((String)obj[1]).length();
     

//方法二:
     String[] arr=at.toArray(new String[0]);
     System.out.println(Arrays.toString(arr));//[ab,cd]

     String[] arr_2=at.toArray(new String[6]);
     System.out.println(Arrays.toString(arr_2));//[ab,cd,null,null,null,null]
     /*
      这时候有个问题,到底指定多长?  
      at.toArray(new String[at.size()]);//最优
     根据以上例子发现:
       当指定类型的数组长度小于集合的size,那么该方法内部会创建一个新的数组,长度为集合的size
       当指定类型的数组长度大于集合的size,就不在使用新创建的数组,而使用传递进来的数组,该数组中没有被使用元素将被置为null.
     */
    
  }

}
/*
为什么要将集合变数组?
  为了限定对元素的操作.(例如返回数组,数组长度和元素已确定,无法再增/删.但如果返回集合,依然可以增删)
*/

JDK1.5新特性:

①增强for循环(类似其它语言中的foreach)

/*
JDK 1.5:
高级for循环
在API中有这样一句话:
 public interface Iterable<T>
 实现这个接口允许对象成为 "foreach" 语句的目标。
 注意:Map集合并没有实现该接口,也就是说不能成为"foreach" 语句的目标.
格式:
for(数据类型 变量名:被遍历的集合(Collection)或者数组){//数据类型:集合中元素类型/数组中元素类型


}
迭代的变量必须在()中定义
1.与迭代器对比:
    增强for对集合进行遍历只能获取元素,而不能对集合进行操作(增/删).
    
    迭代器除了遍历,还可以进行remove集合中元素.
    如果使用ListIterator,还以可以对集合使用 增 删 改 查 等.
2.传统for和高级for区别:
   高级for有一个局限性:必须有被遍历的目标.
   例如:
    打印"hello"10次->只能使用传统for,而高级for没有遍历目标
   建议在遍历数组的时候,使用传统for可以操作(控制)角标
   例如:
   int[] arr={1,2,3};
   for(int i=0;i<arr.length;++i){
    System.out.print(arr[i]);
    if(i!=arr.length-1)
      System.out.print(',');
   }
   for(int i : arr){
    System.out.println(i);//无法控制当遍历到最后一个元素不再打印','
   }
*/
package collections;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
class ForEach{
  public static void main(String[] args){
     ArrayList<String> al = new ArrayList<String>();
     al.add("heixiu");
     al.add("haha");
     al.add("houhou");
   /*
    JDK 1.5之前一直使用迭代器遍历集合:
     for(Iterator<String> it = al.iterator();it.hasNext();)
       System.out.println(it.next());
   */
   
   //JDk 1.5之后可以使用增强for循环:
   for(String s : al){ //String s指向了集合中元素,s指向的对象在不断变化
                       //这里之所以定义了一个String类引用,因为上面有泛型限定       
                       //如果在创建集合对象时未使用泛型->该位置为Object类型
                       //->别忘了Object可以指向任意类型对象
   
   
   //s="fail";//该语句仅仅改变了s的指向,而不改变集合中的元素
   System.out.println(s);
   
   }
   System.out.println();
   /*
    其实增强for底层依然使用的是迭代器,
    但是增强的for循环简化了书写
    但有局限性(在上面的总结中)
   */
   
   //遍历基本类型的数组
   int[] arr ={1,2,3};
   for(int i : arr){
   
    System.out.println(i); 
   }
   
   System.out.println();
   
   //该如何使用高级for遍历Map集合?
   //这时候应该想到利用entrySet()/keySet()方法
     HashMap<Integer,String> hs = new HashMap<Integer,String>();
     hs.put(1,"ac");
     hs.put(2,"e");
     hs.put(3,"dd");
     
     for(Map.Entry<Integer,String> me : hs.entrySet()){
     
     System.out.println(me.getKey()+"..."+me.getValue());
     }
     
     System.out.println();
     for(Integer i : hs.keySet()){
     
     System.out.println(i+"..."+hs.get(i));
     }
  }
}

②可变参数

/*
 JDK 1.5 版本出现的新特性.
 注意:方法的可变参数一定要定义在参数列表最后面
*/
class ParamMethodDemo
{  
    //过去写法,必须传入一个数组引用
    /*
    public static void show(int[] arr){
     
     for(int i=0;i<arr.length;++i){
       System.out.println(arr[i]);
     }
    
    }
    */
    //可变参数,不能与上面的方法同时存在,不会构成重载
     /*
       可变参数其实就是上一种数组参数的简写形式 
       不用每一次都手动的建立数组对象
       只要将要操作的元素作为参数传递即可.
       隐式将这些参数封装成了数组
      */
    public static void show(int... arr){
    
     System.out.println(arr);//打印数组对象字符串形式
                             //说明内部被封装成数组,长度根据实参决定
     for(int i=0;i<arr.length;++i){
       System.out.println(arr[i]);
     }
    }
    
    //可变参数与其它参数
    /*
    public static void show(int... arr,int i){//① 编译失败
     
     
     }
     */

    public static void show(String str,int... arr){
    
    }
    public static void main(String[] args) 
    {
      //当操作多个同一类型数据时,需要不断new数组,因为每次操作个数不确定
      /*
      int[] arr_1 ={1,2,3,4};
      int[] arr_2={2,3};
      show(arr_1);
      show(arr_2);
      */
     
      //show(1,2,3);
      //show(2);
      //show(new int[4]);
      
      
      //show(1,2,3,"haha");//编译失败,再来看一个更典型的
      show(1,2,3,4);//① 它会把1,2,3,4封装到一个数组中,第二个参数无法传入
      
      show("heihei",1,2,3);
    }

}

③静态导入(import static)

/*
JDK 1.5新特性:
静态导入(StaticImport)
1.在包中讲过:当类名重名时,需要指定具体的包名
  例如:
  packa/Demo.class
  packb/Demo.class

  import packa.*;
  improt packb.*;
  
  //new Demo();//到底使用的是那个包中的Demo?->出现了不确定->加包名限定
  new packa.Demo();

2.当方法重名时,指定具备所属的对象或者类
*/
package importstatic;
import java.util.Arrays;
//import static java.util.Arrays.*;//导入了Arrays中所有的静态成员
                                   //在该源文件中用到Arrays中的静态成员,可以不用写类名
                                  //但是注意上面的第二点

import static java.util.Arrays.sort; //这样写,只导入了Arrays中的静态成员sort(可能为静态变量/静态方法)
import static java.util.Arrays.binarySearch;

//import static java.lang.System.*;
import static java.lang.System.out;//这个就是导入的System中的静态变量out

class ImportStatic{//extends Object

  public static void main(String[] args){
   
    String[] str={"dbc","f","dc"};
    //Arrays.sort(str);
    sort(str);
    //System.out.println(Arrays.binarySearch(str,"f"));
    out.println(binarySearch(str,"f"));
    
    out.println(Arrays.toString(str));//注意该位置的Arrays不能省,因为Arrays中和Object中均有toString()方法
    /*
    不写Arrays,错误: 无法将类 Object中的方法 toString应用到给定类型;
    这是因为先加载的Object类,当编译器在Object中找到toString方法
    它会直接拿去匹配.
   */
 }
}