言成言成啊 | Kit Chen's Blog

Collection集合与泛型

2019-10-14

第一章 Collection集合

1.1 集合概述

在前面基础班我们已经学习过并使用过集合ArrayList ,那么集合到底是什么呢?

  • 集合:集合是java中提供的一种容器,可以用来存储多个数据。

集合和数组既然都是容器,它们有啥区别呢?

  • 数组的长度是固定的。集合的长度是可变的。
  • 数组中存储的是同一类型的元素,可以存储基本数据类型值。集合存储的都是对象。而且对象的类型可以不一致。在开发中一般当对象多的时候,使用集合进行存储。

1.2 集合框架

JAVASE提供了满足各种需求的API,在使用这些API前,先了解其继承与接口操作架构,才能了解何时采用哪个类,以及类之间如何彼此合作,从而达到灵活应用。

集合按照其存储结构可以分为两大类,分别是单列集合java.util.Collection和双列集合java.util.Map,今天我们主要学习Collection集合,在day04时讲解Map集合。

  • Collection:单列集合类的根接口,用于存储一系列符合某种规则的元素,它有两个重要的子接口,分别是java.util.Listjava.util.Set。其中,List的特点是元素有序、元素可重复。Set的特点是元素无序,而且不可重复。List接口的主要实现类有java.util.ArrayListjava.util.LinkedListSet接口的主要实现类有java.util.HashSetjava.util.TreeSet

从上面的描述可以看出JDK中提供了丰富的集合类库,为了便于初学者进行系统地学习,接下来通过一张图来描述整个集合类的继承体系。

其中,橙色框里填写的都是接口类型,而蓝色框里填写的都是具体的实现类。这几天将针对图中所列举的集合类进行逐一地讲解。

集合本身是一个工具,它存放在java.util包中。在Collection接口定义着单列集合框架中最最共性的内容。

1.3 Collection 常用功能

Collection是所有单列集合的父接口,因此在Collection中定义了单列集合(List和Set)通用的一些方法,这些方法可用于操作所有的单列集合。方法如下:

  • public boolean add(E e): 把给定的对象添加到当前集合中 。
  • public void clear() :清空集合中所有的元素。
  • public boolean remove(E e): 把给定的对象在当前集合中删除。
  • public boolean contains(E e): 判断当前集合中是否包含给定的对象。
  • public boolean isEmpty(): 判断当前集合是否为空。
  • public int size(): 返回集合中元素的个数。
  • public Object[] toArray(): 把集合中的元素,存储到数组中。

方法演示:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

public class Demo1Collection {
public static void main(String[] args) {
// 创建集合对象
// 使用多态形式
Collection<String> coll = new ArrayList<String>();
// 使用方法
// 添加功能 boolean add(String s)
coll.add("小李广");
coll.add("扫地僧");
coll.add("石破天");
System.out.println(coll);

// boolean contains(E e) 判断o是否在集合中存在
System.out.println("判断 扫地僧 是否在集合中"+coll.contains("扫地僧"));

//boolean remove(E e) 删除在集合中的o元素
System.out.println("删除石破天:"+coll.remove("石破天"));
System.out.println("操作之后集合中元素:"+coll);

// size() 集合中有几个元素
System.out.println("集合中有"+coll.size()+"个元素");

// Object[] toArray()转换成一个Object数组
Object[] objects = coll.toArray();
// 遍历数组
for (int i = 0; i < objects.length; i++) {
System.out.println(objects[i]);
}

// void clear() 清空集合
coll.clear();
System.out.println("集合中内容为:"+coll);
// boolean isEmpty() 判断是否为空
System.out.println(coll.isEmpty());
}
}

tips: 有关Collection中的方法可不止上面这些,其他方法可以自行查看API学习。

第二章 Iterator迭代器

2.1 Iterator接口

在程序开发中,经常需要遍历集合中的所有元素。针对这种需求,JDK专门提供了一个接口java.util.IteratorIterator接口也是Java集合中的一员,但它与CollectionMap接口有所不同,Collection接口与Map接口主要用于存储元素,而Iterator主要用于迭代访问(即遍历)Collection中的元素,因此Iterator对象也被称为迭代器。

想要遍历Collection集合,那么就要获取该集合迭代器完成迭代操作,下面介绍一下获取迭代器的方法:

  • public Iterator iterator(): 获取集合对应的迭代器,用来遍历集合中的元素的。

下面介绍一下迭代的概念:

  • 迭代:即Collection集合元素的通用获取方式。在取元素之前先要判断集合中有没有元素,如果有,就把这个元素取出来,继续在判断,如果还有就再取出出来。一直把集合中的所有元素全部取出。这种取出方式专业术语称为迭代。

Iterator接口的常用方法如下:

  • public E next():返回迭代的下一个元素。
  • public boolean hasNext():如果仍有元素可以迭代,则返回 true。

接下来我们通过案例学习如何使用Iterator迭代集合中元素:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
public class IteratorDemo {
public static void main(String[] args) {
// 使用多态方式 创建对象
Collection<String> coll = new ArrayList<String>();

// 添加元素到集合
coll.add("串串星人");
coll.add("吐槽星人");
coll.add("汪星人");
//遍历
//使用迭代器 遍历 每个集合对象都有自己的迭代器
Iterator<String> it = coll.iterator();
// 泛型指的是 迭代出 元素的数据类型
while(it.hasNext()){ //判断是否有迭代元素
String s = it.next();//获取迭代出的元素
System.out.println(s);
}
}
}

tips::在进行集合元素取出时,如果集合中已经没有元素了,还继续使用迭代器的next方法,将会发生java.util.NoSuchElementException没有集合元素的错误。

2.2 迭代器的实现原理

我们在之前案例已经完成了Iterator遍历集合的整个过程。当遍历集合时,首先通过调用t集合的iterator()方法获得迭代器对象,然后使用hashNext()方法判断集合中是否存在下一个元素,如果存在,则调用next()方法将元素取出,否则说明已到达了集合末尾,停止遍历元素。

Iterator迭代器对象在遍历集合时,内部采用指针的方式来跟踪集合中的元素,为了让初学者能更好地理解迭代器的工作原理,接下来通过一个图例来演示Iterator对象迭代元素的过程:

在调用Iterator的next方法之前,迭代器的索引位于第一个元素之前,不指向任何元素,当第一次调用迭代器的next方法后,迭代器的索引会向后移动一位,指向第一个元素并将该元素返回,当再次调用next方法时,迭代器的索引会指向第二个元素并将该元素返回,依此类推,直到hasNext方法返回false,表示到达了集合的末尾,终止对元素的遍历。

2.3 增强for

增强for循环(也称for each循环)是JDK1.5以后出来的一个高级for循环,专门用来遍历数组和集合的。它的内部原理其实是个Iterator迭代器,所以在遍历的过程中,不能对集合中的元素进行增删操作。

格式:

1
2
3
for(元素的数据类型  变量 : Collection集合or数组){ 
//写操作代码
}

它用于遍历Collection和数组。通常只进行遍历元素,不要在遍历的过程中对集合元素进行增删操作。

练习1:遍历数组

1
2
3
4
5
6
7
8
9
public class NBForDemo1 {
public static void main(String[] args) {
int[] arr = {3,5,6,87};
//使用增强for遍历数组
for(int a : arr){//a代表数组中的每个元素
System.out.println(a);
}
}
}

练习2:遍历集合

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
public class NBFor {
public static void main(String[] args) {
Collection<String> coll = new ArrayList<String>();
coll.add("小河神");
coll.add("老河神");
coll.add("神婆");
//使用增强for遍历
for(String s :coll){//接收变量s代表 代表被遍历到的集合元素
System.out.println(s);
}
}
}

tips: 新for循环必须有被遍历的目标。目标只能是Collection或者是数组。新式for仅仅作为遍历操作出现。

第三章 泛型

3.1 泛型概述

在前面学习集合时,我们都知道集合中是可以存放任意对象的,只要把对象存储集合后,那么这时他们都会被提升成Object类型。当我们在取出每一个对象,并且进行相应的操作,这时必须采用类型转换。

大家观察下面代码:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
public class GenericDemo {
public static void main(String[] args) {
Collection coll = new ArrayList();
coll.add("abc");
coll.add("itcast");
coll.add(5);//由于集合没有做任何限定,任何类型都可以给其中存放
Iterator it = coll.iterator();
while(it.hasNext()){
//需要打印每个字符串的长度,就要把迭代出来的对象转成String类型
String str = (String) it.next();
System.out.println(str.length());
}
}
}

程序在运行时发生了问题java.lang.ClassCastException。 为什么会发生类型转换异常呢? 我们来分析下:由于集合中什么类型的元素都可以存储。导致取出时强转引发运行时 ClassCastException。 怎么来解决这个问题呢? Collection虽然可以存储各种对象,但实际上通常Collection只存储同一类型对象。例如都是存储字符串对象。因此在JDK5之后,新增了泛型(Generic)语法,让你在设计API时可以指定类或方法支持泛型,这样我们使用API的时候也变得更为简洁,并得到了编译时期的语法检查。

  • 泛型:可以在类或方法中预支地使用未知的类型。

tips:一般在创建对象时,将未知的类型确定具体的类型。当没有指定泛型时,默认类型为Object类型。

3.2 使用泛型的好处与弊端

上一节只是讲解了泛型的引入,那么泛型带来了哪些好处呢?

  • 将运行时期的ClassCastException,转移到了编译时期变成了编译失败。
  • 避免了类型强转的麻烦。

通过我们如下代码体验一下:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
public class GenericDemo2 {
public static void main(String[] args) {
Collection<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("abc");
list.add("itcast");
// list.add(5);//当集合明确类型后,存放类型不一致就会编译报错
// 集合已经明确具体存放的元素类型,那么在使用迭代器的时候,迭代器也同样会知道具体遍历元素类型
Iterator<String> it = list.iterator();
while(it.hasNext()){
String str = it.next();
//当使用Iterator<String>控制元素类型后,就不需要强转了。获取到的元素直接就是String类型
System.out.println(str.length());
}
}
}

tips:泛型是数据类型的一部分,我们将类名与泛型合并一起看做数据类型。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
public class Demo04Generic {
public static void main(String[] args) {
// show01();
show02();
}
/*
* 创建集合对象,使用泛型
* 好处:
* 1.避免了类型转换的麻烦,存储的是什么类型,取出的是什么类型
* 2.把运行期异常(代码运行之后会抛出的异常),提升到了编译期(写代码的时候就会报错 )
* 弊端:
* 泛型是什么样的类型,就只能存储什么类型的数据
*/
public static void show02() {
ArrayList<String> list=new ArrayList<String>();
list.add("焰灵姬");
list.add("潮女妖");
list.add("江厌离");//存储别的类型,会直接报错

//使用迭代器遍历一个集合
Iterator<String> it=list.iterator();
while(it.hasNext()) {
String s=it.next();
System.out.println(s+"-->"+s.length());
}
}
/*
* 创建集合,不使用泛型
* 好处:
* 集合不使用泛型,默认的类型就是Object类型,可以存储任意类型的数据
*
* 弊端:
* 集合不安全,会引发异常
*/
public static void show01() {
ArrayList list=new ArrayList();//不使用泛型,此时默认为Object类型
list.add(1);
list.add("焰灵姬");
list.add("潮女妖");
//增强for循环遍历
// for(Object o:list) {
// System.out.println(o);
// }

//迭代器遍历
Iterator it=list.iterator();
while(it.hasNext()) {
Object obj=it.next();
System.out.println(obj);
//想要使用String类特有的方法,length获取字符串的长度;不能使用多态 Object obj="abc"
//需要向下转型
String s=(String) obj;
System.out.println(s.length());

//此时会报错,因为有个Integer类型的
}
}
}

3.3 泛型的定义与使用

我们在集合中会大量使用到泛型,这里来完整地学习泛型知识。

泛型,用来灵活地将数据类型应用到不同的类、方法、接口当中。将数据类型作为参数进行传递。

定义和使用含有泛型的类

定义格式:

1
修饰符 class 类名<代表泛型的变量> {  }

例如,API中的ArrayList集合:

1
2
3
4
5
6
class ArrayList<E>{ 
public boolean add(E e){ }

public E get(int index){ }
....
}

使用泛型: 即什么时候确定泛型。

在创建对象的时候确定泛型

例如,ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();

此时,变量E的值就是String类型,那么我们的类型就可以理解为:

1
2
3
4
5
6
class ArrayList<String>{ 
public boolean add(String e){ }

public String get(int index){ }
...
}

再例如,ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

此时,变量E的值就是Integer类型,那么我们的类型就可以理解为:

1
2
3
4
5
6
class ArrayList<Integer> { 
public boolean add(Integer e) { }

public Integer get(int index) { }
...
}

举例自定义泛型类

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
public class MyGenericClass<MVP> {
//没有MVP类型,在这里代表 未知的一种数据类型 未来传递什么就是什么类型
private MVP mvp;

public void setMVP(MVP mvp) {
this.mvp = mvp;
}

public MVP getMVP() {
return mvp;
}
}

使用:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
public class GenericClassDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个泛型为String的类
MyGenericClass<String> my = new MyGenericClass<String>();
// 调用setMVP
my.setMVP("大胡子登登");
// 调用getMVP
String mvp = my.getMVP();
System.out.println(mvp);
//创建一个泛型为Integer的类
MyGenericClass<Integer> my2 = new MyGenericClass<Integer>();
my2.setMVP(123);
Integer mvp2 = my2.getMVP();
}
}

含有泛型的方法

定义格式:

1
修饰符 <代表泛型的变量> 返回值类型 方法名(参数){  }

例如,

1
2
3
4
5
6
7
8
9
public class MyGenericMethod {	  
public <MVP> void show(MVP mvp) {
System.out.println(mvp.getClass());
}

public <MVP> MVP show2(MVP mvp) {
return mvp;
}
}

使用格式:调用方法时,确定泛型的类型

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
public class GenericMethodDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建对象
MyGenericMethod mm = new MyGenericMethod();
// 演示看方法提示
mm.show("aaa");
mm.show(123);
mm.show(12.45);
}
}

含有泛型的接口

定义格式:

1
修饰符 interface接口名<代表泛型的变量> {  }

例如,

1
2
3
4
5
public interface MyGenericInterface<E>{
public abstract void add(E e);

public abstract E getE();
}

使用格式:

1、定义类时确定泛型的类型

例如

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
public class MyImp1 implements MyGenericInterface<String> {
@Override
public void add(String e) {
// 省略...
}

@Override
public String getE() {
return null;
}
}

此时,泛型E的值就是String类型。

2、始终不确定泛型的类型,直到创建对象时,确定泛型的类型

例如

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
public class MyImp2<E> implements MyGenericInterface<E> {
@Override
public void add(E e) {
// 省略...
}

@Override
public E getE() {
return null;
}
}

确定泛型:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
/*
* 使用
*/
public class GenericInterface {
public static void main(String[] args) {
MyImp2<String> my = new MyImp2<String>();
my.add("aa");
}
}

3.4 泛型通配符

当使用泛型类或者接口时,传递的数据中,泛型类型不确定,可以通过通配符<?>表示。但是一旦使用泛型的通配符后,只能使用Object类中的共性方法,集合中元素自身方法无法使用。

通配符基本使用

泛型的通配符:不知道使用什么类型来接收的时候,此时可以使用?,?表示未知通配符。

此时只能接受数据,不能往该集合中存储数据。

举个例子大家理解使用即可:

1
2
3
4
5
6
7
8
public static void main(String[] args) {
Collection<Intger> list1 = new ArrayList<Integer>();
getElement(list1);
Collection<String> list2 = new ArrayList<String>();
getElement(list2);
}
public static void getElement(Collection<?> coll){}
//?代表可以接收任意类型

tips:泛型不存在继承关系 Collection list = new ArrayList();这种是错误的。

通配符高级使用—-受限泛型

之前设置泛型的时候,实际上是可以任意设置的,只要是类就可以设置。但是在JAVA的泛型中可以指定一个泛型的上限下限

泛型的上限

  • 格式类型名称 <? extends 类 > 对象名称
  • 意义只能接收该类型及其子类

泛型的下限

  • 格式类型名称 <? super 类 > 对象名称
  • 意义只能接收该类型及其父类型

比如:现已知Object类,String 类,Number类,Integer类,其中Number是Integer的父类

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
public class Demo09Generic {
public static void main(String[] args) {
Collection<Integer> list1 = new ArrayList<Integer>();
Collection<String> list2 = new ArrayList<String>();
Collection<Number> list3 = new ArrayList<Number>();
Collection<Object> list4 = new ArrayList<Object>();

/*
* list1 Integer
* list2 String
* list3 Number
* list4 Object
*/
getElement1(list1);
getElement1(list2);// 报错
getElement1(list3);
getElement1(list4);// 报错

getElement2(list1);// 报错
getElement2(list2);// 报错
getElement2(list3);
getElement2(list4);

}
/*
* 类与类之间的继承关系
* Integer extends Number extends Object
* String extends Object
*/

// 泛型的上限:此时的泛型?,必须是Number类型或者Number类型的子类
public static void getElement1(Collection<? extends Number> coll) {
}

// 泛型的下限:此时的泛型?,必须是Number类型或者Number类型的父类
public static void getElement2(Collection<? super Number> coll) {
}
}

第四章 集合综合案例

4.1 案例介绍

按照斗地主的规则,完成洗牌发牌的动作。
具体规则:

使用54张牌打乱顺序,三个玩家参与游戏,三人交替摸牌,每人17张牌,最后三张留作底牌。

4.2 案例分析

  • 准备牌:

    牌可以设计为一个ArrayList,每个字符串为一张牌。
    每张牌由花色数字两部分组成,我们可以使用花色集合与数字集合嵌套迭代完成每张牌的组装。
    牌由Collections类的shuffle方法进行随机排序。

  • 发牌

    将每个人以及底牌设计为ArrayList,将最后3张牌直接存放于底牌,剩余牌通过对3取模依次发牌。

  • 看牌

    直接打印每个集合。

4.3 代码实现

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
package demo20;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;

/*
* 斗地主:
* 1.准备牌
* 2.洗牌
* 3.发牌
* 4.看牌
*/
public class DouDiZhu {
public static void main(String[] args) {
/*
* 1.准备牌
*/
//定义一个存储54张牌的ArrayList集合,泛型使用字符串
ArrayList<String> poke=new ArrayList<String>();
//定义两个数组,一个数组存储牌的花色,一个存储序号
String[] colors= {
"♥","♠","♣","♦"
};
String[] numbers= {
"2","A","K","Q","J","10","9","8","7","6","5","4","3"
};
//先把大王跟小王存储到集合中
poke.add("大王");
poke.add("小王");
//循环遍历两个数组,组装52张牌
for (String number : numbers) {
for (String color : colors) {
//把组装好的牌存储到poke牌当中
poke.add(color+number);
}
}
// System.out.println(poke);

/*
* 2.洗牌
* 使用集合的工具类Collections中的方法
* static void shuffle(List<?> list) 使用默认随机源对指定列表进行置换
*/
Collections.shuffle(poke);
// System.out.println(poke);
/*
* 3.发牌
* 定义四个集合,存储3个玩家和1底牌
*/
ArrayList<String> player01=new ArrayList<String>();
ArrayList<String> player02=new ArrayList<String>();
ArrayList<String> player03=new ArrayList<String>();
ArrayList<String> diPai=new ArrayList<String>();

//遍历poke集合,获取每一张牌,使用poke的索引,%3给三个玩家轮流发牌
//剩余三张牌给底牌
//注意:
//先判断底牌(i)>=51,否则就发没了
for (int i = 0; i < poke.size(); i++) {
//获取每一张牌
String p=poke.get(i);
//轮流发牌
if(i>=51) {//底牌发牌
diPai.add(p);
}else if(i%3==0){//玩家1发牌
player01.add(p);
}else if(i%3==1) {//玩家2发牌
player02.add(p);
}else if(i%3==2) {//玩家3发牌
player03.add(p);
}
}
/*
* 4.看牌
*/
System.out.println("紫女:"+player01);
System.out.println("焰灵姬:"+player02);
System.out.println("潮女妖:"+player03);
System.out.println("底牌:"+diPai);
}
}
阅读量