1. 什么是集合
Java 中集合主要分为Java.util.Collection
和Java.util.Map
两大接口。
下图描绘了 Java 集合的框架:
Tips: 图表最下方的ArrayList
、LinkedList
、HashSet
以及HashMap
都是常用实现类,本小节将介绍具体使用。
1.1 Collection
Java.util.Collection
接口的实现可用于存储 Java 对象。例如,汉码未来的所有学生可以视为一个Collection
。
Collection
又可以分为三个子接口,分别是:
List
:序列,必须按照顺序保存元素,因此它是有序的,允许重复;Queue
:队列,按照排队规则来确定对象产生的顺序,有序,允许重复;Set
:集,不能重复。
1.2 Map
Java.util.Map
接口的实现可用于表示“键”(key)和“值”(value)对象之间的映射。一个映射表示一组“键”对象,其中每一个“键”对象都映射到一个“值”对象。因此可以通过键来查找值。例如,汉码未来的每一个学生都有他自己的账户积分,这个关联关系可以用Map
来表示。
2. 集合的应用场景
2.1 数组与集合
在介绍集合的应用场景之前,我们先来看看数组和集合的对比。
我们知道数组和集合都用于存放一组数据,但数组的容量是固定大小的,而集合的容量是动态可变的;对于可存放的数据类型,数组既可以存放基本数据类型又可以存放引用数据类型,而集合只能存放引用数据类型,基本数据类型需要转换为对应的包装类才能存放到集合当中。
2.2 集合应用场景
3. List 集合
3.1 概念和特性
List 是元素有序并且可以重复的集合,称之为序列。序列可以精确地控制每个元素的插入位置或删除某个位置的元素。通过前面的学习,我们知道List
是Collection
的一个子接口,它有两个主要实现类,分别为ArrayList
(动态数组)和LinkedList
(链表)。
3.2 ArrayList 实现类
ArrayList 可以理解为动态数组,它的容量可以动态增长。当添加元素时,如果发现容量已满,会自动扩容为原始大小的 1.5 倍。
3.2.1 构造方法
ArrayList()
:构造一个初始容量为 10 的空列表;ArrayList(int initialCapacity)
:构造一个指定容量的空列表;ArrayList(Collection<? extends E> c)
:构造一个包含指定集合元素的列表,其顺序由集合的迭代器返回。
在代码中,我们可以这样实例化ArrayList
对象:
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
3.2.2 常用成员方法
void add(E e)
:将指定的元素追加到此列表的末尾;void add(int index, E element)
:将指定的元素插入此列表中的指定位置;E remove(int index)
:删除此列表中指定位置的元素;boolean remove(Object o)
:如果存在指定元素,则从该列表中删除第一次出现的该元素;void clear()
:从此列表中删除所有元素;E set(int index, E element)
:用指定的元素替换此列表中指定位置的元素;E get(int index)
:返回此列表中指定位置的元素;boolean contains(Object o)
:如果此列表包含指定的元素,则返回 true,否则返回 false;int size()
:返回该列表中元素的数量;Object[] toArray()
:以正确的顺序(从第一个元素到最后一个元素)返回一个包含此列表中所有元素的数组。
更多成员方法请翻阅官方文档,下面我们将结合实例来介绍以上成员方法的使用。
3.3 实例
3.3.1 新增元素
请查看如下实例:
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- 11
- 12
- 13
- 14
- 15
- 16
运行结果:
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
代码中,首先实例化了一个ArrayList
对象,然后使用 for 循环语句循环 5 次,每次都向arrayList
对象中追加变量i
,并打印列表内容,运行结果清晰的展示了每次新增元素的过程。
3.3.2 泛型初识
如果你使用IDEA
编写如上代码,将会有下图所示的 3 处黄色警告:
既然IDE
有了警告,我们就尝试来解决一下,将鼠标光标放置到警告处,会提示“Unchecked call to ‘add(E)’ as a member of raw type ‘Java.util.List’ ”,这是IDE
的泛型检查,可点击Try to generify 'ArrayListDemo1.Java'
按钮:
此时会出现一个Generify
的弹窗,直接点击Refactor
按钮:
代码变成了下图所示的样子,那 3 处警告被成功消除了:
我们观察到代码第 8 行的List
类型后面多了一对尖括号“<>
”,<>
里面是 Java 的包装类型Integer
,在ArrayList
类型后面也多了一对尖括号,这里的<>
中承载的就是 Java 的泛型的类型参数,它表示arrayList
对象用于存放Integer
类型的数据。这样的目的和好处这里不详细展开讨论,本小节我们只需知道这样做就可以消除IDEA
的警告即可。
由于前面List
已经指定了泛型的参数类型为Integer
,后面的ArrayList
就不需要再重复指定了。当然你也可以这样写(但是没必要):
- 1
同理,如果你想向arrayList
存放String
类型的元素,只需将<Integer>
改为<String>
,我们再来看一个实例:
运行结果:
- 1
- 2
代码中,首先实例化了一个ArrayList
的对象,调用了两次add(E e)
方法,依次向列表尾部插入了Hello
和World
元素,列表中元素为[Hello, World]
,此时调用add(int index, E element)
方法,将字符串元素 Java 插入到此列表中的索引为 1 的位置,因此列表中的元素为[Hello, Java, World]
。
3.3.3 删除元素
请查看如下实例:
运行结果:
- 1
- 2
- 3
代码中,我们首先添加了 4 个字符串元素,列表内容为[Hello, World, Hello, Java]
,然后调用remove(int index)
方法删除了索引位置为 3 的元素(即Java
),此时列表内容为[Hello, World, Hello]
,再次调用remove(Object o)
方法,删除了列表中第一次出现的Hello
元素,此时列表内容为[World, Hello]
。
3.3.4 修改元素
可使用set()
方法修改列表中元素,实例如下:
运行结果:
- 1
- 2
3.3.5 查询元素
可使用get()
方法来获取列表中元素,实例如下:
运行结果:
- 1
- 2
我们在使用for
循环遍历列表的时候,让限定条件为i < arrayList.size();
,size()
方法可获取该列表中元素的数量。
3.2.7 自定义类的常用操作
请查看如下实例:
运行结果:
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
为了方便演示,我们定义了一个静态内部类ImoocStudent
,它有两个属性nickname
和position
,定义了属性的getter
和setter
,并重写了toString()
方法。在main()
方法中,我们实现了自定义类在ArrayList
中的增删改查。
3.4 LinkedList 实现类
LinkedList
是一个以双向链表实现的List
。和ArrayList
一样,也按照索引位置排序,但它的元素是双向连接的,因此顺序访问的效率非常高,而随机访问的效率比较低。
3.4.1 构造方法
LinkedList()
:构造一个空列表;LinkedList(Collection<? extends E> c)
:构造一个包含指定集合元素的列表,其顺序由集合的迭代器返回。
3.4.2 常用成员方法
void add(E e)
:将指定的元素追加到此列表的末尾;void add(int index, E element)
:将指定的元素插入此列表中的指定位置;void addFirst(E e)
:将指定的元素插入此列表的开头;vod addLast(E e)
:将指定的元素添加到此列表的结尾;E remove(int index)
:删除此列表中指定位置的元素;boolean remove(Object o)
:如果存在指定元素,则从该列表中删除第一次出现的该元素;void clear()
:从此列表中删除所有元素;E set(int index, E element)
:用指定的元素替换此列表中指定位置的元素;E get(int index)
:返回此列表中指定位置的元素;E getFirst()
:返回此列表的第一个元素;E getLast()
:返回此列表的最后一个元素;boolean contains(Object o)
:如果此列表包含指定的元素,则返回 true,否则返回 false;int size()
:返回该列表中元素的数量;Object[] toArray()
:以正确的顺序(从第一个元素到最后一个元素)返回一个包含此列表中所有元素的数组。
更多成员方法请翻阅官方文档,对于成员方法的使用,与ArrayList
大同小异,这里不再赘述。
4. Set 集合
4.1 概念和特性
Set
是元素无序并且不可以重复的集合,我们称之为集。Set
是Collection
的一个子接口,它的主要实现类有:HashSet
、TreeSet
、LinkedHashSet
、EnumSet
等,下面我们将详细介绍最常用的HashSet
实现类。
4.2 HashSet 实现类
HashSet
类依赖于哈希表(实际上是HashMap
实例,下面将会介绍)。HashSet
中的元素是无序的、散列的。
4.2.1 构造方法
HashSet()
:构造一个新的空集;默认的初始容量为 16(最常用),负载系数为 0.75;HashSet(int initialCapacity)
:构造一个新的空集; 具有指定的初始容量,负载系数为 0.75;HashSet(int initialCapacity, float loadFactor)
:构造一个新的空集; 支持的 HashMap 实例具有指定的初始容量和指定的负载系数;HashSet(Collection<? extends E> c)
:构造一个新集合,其中包含指定集合中的元素。
4.2.2 常用成员方法
HashSet
的常用成员方法如下:
boolean add(E e)
:如果指定的元素尚不存在,则将其添加到该集合中;boolean contains(Object o)
:如果此集合包含指定的元素,则返回 true,否则返回 false;boolean isEmpty()
:如果此集合不包含任何元素,则返回 true,否则返回 false;Iterator<E> iterator()
:返回此集合中元素的迭代器;boolean remove(Object o)
:从该集合中删除指定的元素(如果存在);int size()
:返回此集合中的元素数量。
更多成员方法请翻阅官方文档,下面我们将结合实例来介绍以上成员方法的使用。
4.3 实例
4.3.1 新增元素
可使用add()
方法向集中添加元素,实例如下:
运行结果:
- 1
在实例中,我们先后向hashSet
中添加了两次Python
元素,由于集的元素不可重复特性,因此集中只允许出现一个Python
元素。我们还观察到,打印结果的元素顺序和我们添加的顺序是不同的,这验证了集的无序特性。
4.3.2 删除元素
可使用remove()
方法删除集中元素,实例如下:
运行结果:
- 1
- 2
4.3.3 查询元素
我们知道了ArrayList
通过 get
方法来查询元素,但HashSet
没有提供类似的get
方法来查询元素。
这里我们介绍一个迭代器(Iterator
)接口,所有的Collection
都实现了Iterator
接口,它可以以统一的方式对各种集合元素进行遍历。我们来看下Iterator
接口的常用方法:
hasNaxt()
方法检测集合中是否还有下一个元素;next()
方法返回集合中的下一个元素;iterator()
:返回此集合中元素的迭代器。
实例如下:
运行结果:
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
4.3.4 自定义类的常用操作
请查看如下实例:
运行结果:
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
为了方便演示,我们定义了一个静态内部类ImoocStudent
,它有两个属性nickname
和position
,定义了属性的getter
和setter
,并重写了toString()
方法。在main()
方法中,我们实现了自定义类在HashSet
中的增删改查,使用迭代器可以遍历元素。
5. Map 集合
5.1 概念和特性
我们已经知道Map
是以键值对(key-value)的形式存储的对象之间的映射,key-value
是以Java.util.Map.Entry
类型的对象实例存在。
可以使用键来查找值,一个映射中不能包含重复的键,但值是可以重复的。每个键最多只能映射到一个值。
5.2 HashMap 实现类
HashMap
是Java.util.Map
接口最常用的一个实现类,前面所学的HashSet
底层就是通过HashMap
来实现的,HashMap
允许使用null
键和null
值。
5.2.1 构造方法
HashMap()
:构造一个新的空映射;默认的初始容量为 16(最常用),负载系数为 0.75;HashMap(int initialCapacity)
:构造一个新的空映射; 具有指定的初始容量,负载系数为 0.75;HashMap(int initialCapacity, float loadFactor)
:构造一个新的空映射; 支持的HashMap
实例具有指定的初始容量和指定的负载系数;HashSet(Map<? extends K, ? extends V> m)
:构造一个新映射,其中包含指定映射相同。
5.2.2 常用成员方法
void clear()
:从该映射中删除所有映射;Set<Map, Entry<K, V>> entrySet
:返回此映射中包含的映射的集合;V get(Object key)
:返回指定键映射到的值,如果该映射不包含键的映射,则返回 null;Set<K> keySet
:返回此映射中包含的键的结合;V put(K key, V value)
:将指定值与此映射中指定键关联;V remove(Object key)
:如果存在,则从此映射中删除指定键的映射。Collection<V> values
:返回此映射中包含的集合。
5.3 实例
下面我们使用 HashMap
来实现一个英汉字典的例子。
运行结果:
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
实例中,Map 的 key 是字符串类型,value 也是字符串类型。值得注意的是,我们在创建HashMap
的时候,在Map
类型的后面有一个<String, String>
,分别表示映射中将要存放的 key 和 value 的类型都为 String 类型。在遍历映射的时候,我们调用了entrySet
方法,它返回了此映射中包含的映射的集合。通过键查找值,我们可以调用keySet
方法来获取映射中的键的集合,并且遍历这个集合即可找到对应键,通过键就可以获取值了。
6. 小结
本小节我们学习了 Java 的集合,它们定义在Java.util
包中,Java 中的集合主要有Collection
和Map
两大接口。List
集合是元素有序并且可以重复的集合;Set
集合是元素无序并且不可以重复的集合;Map
是以键值对(key-value)的形式存储的对象之间的映射,它们都支持泛型。我们分别介绍了 3 个接口常用的实现类的用法。同学们要多多进行编码练习。