JavaSE學習筆記（9）---集合類和泛型

来源:https://www.cnblogs.com/xjtu-lyh/archive/2020/02/11/12297089.html
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JavaSE學習筆記（9） 集合類和泛型 1、Collection集合 集合概述 在前面我們已經學習過並使用過集合 ,那麼集合到底是什麼呢? 集合 ：集合是java中提供的一種容器，可以用來存儲多個數據。 集合和數組既然都是容器，它們有什麼區別呢? 數組的長度是固定的。集合的長度是可變的。 數組中存 ...


JavaSE學習筆記（9）---集合類和泛型

1、Collection集合

集合概述

在前面我們已經學習過並使用過集合ArrayList<E> ,那麼集合到底是什麼呢?

  • 集合：集合是java中提供的一種容器，可以用來存儲多個數據。

集合和數組既然都是容器，它們有什麼區別呢?

  • 數組的長度是固定的。集合的長度是可變的。
  • 數組中存儲的是同一類型的元素，可以存儲基本數據類型值。集合存儲的都是對象。而且對象的類型可以不一致。在開發中一般當對象多的時候，使用集合進行存儲。

集合框架

JAVASE提供了滿足各種需求的API，在使用這些API前，先瞭解其繼承與介面操作架構，才能瞭解何時採用哪個類，以及類之間如何彼此合作，從而達到靈活應用。

集合按照其存儲結構可以分為兩大類，分別是單列集合java.util.Collection和雙列集合java.util.Map，今天主要講Collection集合

  • Collection：單列集合類的根介面，用於存儲一系列符合某種規則的元素，它有兩個重要的子介面，分別是java.util.List和java.util.Set。其中，List的特點是元素有序、元素可重覆。Set的特點是元素無序，而且不可重覆。List介面的主要實現類有java.util.ArrayList和java.util.LinkedList，Set介面的主要實現類有java.util.HashSet和java.util.TreeSet。

從上面的描述可以看出JDK中提供了豐富的集合類庫，為了便於初學者進行系統地學習，接下來通過一張圖來描述整個集合類的繼承體系。

集合继承体系图

集合本身是一個工具，它存放在java.util包中。在Collection介面定義著單列集合框架中最最共性的內容。

Collection 常用功能

Collection是所有單列集合的父介面，因此在Collection中定義了單列集合(List和Set)通用的一些方法，這些方法可用於操作所有的單列集合。方法如下：

  • public boolean add(E e)： 把給定的對象添加到當前集合中 。
  • public void clear() :清空集合中所有的元素。
  • public boolean remove(E e): 把給定的對象在當前集合中刪除。
  • public boolean contains(E e): 判斷當前集合中是否包含給定的對象。
  • public boolean isEmpty(): 判斷當前集合是否為空。
  • public int size(): 返回集合中元素的個數。
  • public Object[] toArray(): 把集合中的元素，存儲到數組中。

方法演示：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

public class Demo1Collection {
    public static void main(String[] args) {
        // 創建集合對象 
        // 使用多態形式
        Collection<String> coll = new ArrayList<String>();
        // 使用方法
        // 添加功能  boolean  add(String s)
        coll.add("小李廣");
        coll.add("掃地僧");
        coll.add("石破天");
        System.out.println(coll);

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

        //boolean remove(E e) 刪除在集合中的o元素
        System.out.println("刪除石破天："+coll.remove("石破天"));
        System.out.println("操作之後集合中元素:"+coll);
        
        // size() 集合中有幾個元素
        System.out.println("集合中有"+coll.size()+"個元素");

        // Object[] toArray()轉換成一個Object數組
        Object[] objects = coll.toArray();
        // 遍曆數組
        for (int i = 0; i < objects.length; i++) {
            System.out.println(objects[i]);
        }

        // void  clear() 清空集合
        coll.clear();
        System.out.println("集合中內容為："+coll);
        // boolean  isEmpty()  判斷是否為空
        System.out.println(coll.isEmpty());     
    }
}

有關Collection中的方法可不止上面這些，其他方法可以自行查看API學習。

2、Iterator迭代器

Iterator介面

在程式開發中，經常需要遍歷集合中的所有元素。針對這種需求，JDK專門提供了一個介面java.util.Iterator。Iterator介面也是Java集合中的一員，但它與Collection、Map介面有所不同，Collection介面與Map介面主要用於存儲元素，而Iterator主要用於迭代訪問（即遍歷）Collection中的元素，因此Iterator對象也被稱為迭代器。

想要遍歷Collection集合，那麼就要獲取該集合迭代器完成迭代操作，下麵介紹一下獲取迭代器的方法：

  • public Iterator iterator(): 獲取集合對應的迭代器，用來遍歷集合中的元素的。

下麵介紹一下迭代的概念：

  • 迭代：即Collection集合元素的通用獲取方式。在取元素之前先要判斷集合中有沒有元素，如果有，就把這個元素取出來，繼續在判斷，如果還有就再取出出來。一直把集合中的所有元素全部取出。這種取出方式專業術語稱為迭代。

Iterator介面的常用方法如下：

  • public E next():返回迭代的下一個元素。
  • public boolean hasNext():如果仍有元素可以迭代，則返回 true。

案例：使用Iterator迭代集合中元素：

public class IteratorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用多態方式 創建對象
        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");
        //遍歷
        //使用迭代器 遍歷   每個集合對象都有自己的迭代器
        Iterator<String> it = coll.iterator();
        //  泛型指的是 迭代出 元素的數據類型
        while(it.hasNext()){ //判斷是否有迭代元素
            String s = it.next();//獲取迭代出的元素
            System.out.println(s);
        }
    }
}

註意：在進行集合元素取出時，如果集合中已經沒有元素了，還繼續使用迭代器的next方法，將會發生java.util.NoSuchElementException沒有集合元素的錯誤。

迭代器的實現原理

在之前案例已經完成了Iterator遍歷集合的整個過程。當遍歷集合時，首先通過調用t集合的iterator()方法獲得迭代器對象，然後使用hashNext()方法判斷集合中是否存在下一個元素，如果存在，則調用next()方法將元素取出，否則說明已到達了集合末尾，停止遍歷元素。

Iterator迭代器對象在遍歷集合時，內部採用指針的方式來跟蹤集合中的元素，在調用Iterator的next方法之前，迭代器的索引位於第一個元素之前，不指向任何元素，當第一次調用迭代器的next方法後，迭代器的索引會向後移動一位，指向第一個元素並將該元素返回，當再次調用next方法時，迭代器的索引會指向第二個元素並將該元素返回，依此類推，直到hasNext方法返回false，表示到達了集合的末尾，終止對元素的遍歷。

3、泛型

泛型概述

我們都知道集合中是可以存放任意對象的，只要把對象存儲集合後，那麼這時他們都會被提升成Object類型。當我們在取出每一個對象，並且進行相應的操作，這時必須採用類型轉換。

下麵代碼：

public class GenericDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add("abc");
        coll.add("itcast");
        coll.add(5);//由於集合沒有做任何限定，任何類型都可以給其中存放
        Iterator it = coll.iterator();
        while(it.hasNext()){
            //需要列印每個字元串的長度,就要把迭代出來的對象轉成String類型
            String str = (String) it.next();
            System.out.println(str.length());
        }
    }
}

程式在運行時發生了問題java.lang.ClassCastException。 為什麼會發生類型轉換異常呢？ 是由於集合中什麼類型的元素都可以存儲。導致取出時強轉引發運行時 ClassCastException。

​ Collection雖然可以存儲各種對象，但實際上通常Collection只存儲同一類型對象。例如都是存儲字元串對象。因此在JDK5之後，新增了泛型(Generic)語法，讓你在設計API時可以指定類或方法支持泛型，這樣我們使用API的時候也變得更為簡潔，並得到了編譯時期的語法檢查。

  • 泛型：可以在類或方法中預支地使用未知的類型。

註意：一般在創建對象時，將未知的類型確定具體的類型。當沒有指定泛型時，預設類型為Object類型。

使用泛型的好處

上面只是講解了泛型的引入，那麼泛型帶來了哪些好處呢？

  • 將運行時期的ClassCastException，轉移到了編譯時期變成了編譯失敗。
  • 避免了類型強轉的麻煩。

通過我們如下代碼體驗一下：

public class GenericDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        Collection<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("abc");
        list.add("itcast");
        // list.add(5);//當集合明確類型後，存放類型不一致就會編譯報錯
        // 集合已經明確具體存放的元素類型，那麼在使用迭代器的時候，迭代器也同樣會知道具體遍歷元素類型
        Iterator<String> it = list.iterator();
        while(it.hasNext()){
            String str = it.next();
            //當使用Iterator<String>控制元素類型後，就不需要強轉了。獲取到的元素直接就是String類型
            System.out.println(str.length());
        }
    }
}

註意：泛型是數據類型的一部分，我們將類名與泛型合併一起看做數據類型。

泛型的定義與使用

我們在集合中會大量使用到泛型，這裡來完整地學習泛型知識。

泛型，用來靈活地將數據類型應用到不同的類、方法、介面當中。將數據類型作為參數進行傳遞。

定義和使用含有泛型的類

定義格式：

修飾符 class 類名<代表泛型的變數> {  }

例如，API中的ArrayList集合：

class ArrayList<E>{ 
    public boolean add(E e){ }

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

使用泛型： 即什麼時候確定泛型。

在創建對象的時候確定泛型

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

此時，變數E的值就是String類型,那麼我們的類型就可以理解為：

class ArrayList<String>{ 
     public boolean add(String e){ }

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

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

此時，變數E的值就是Integer類型,那麼我們的類型就可以理解為：

class ArrayList<Integer> { 
     public boolean add(Integer e) { }

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

含有泛型的方法

定義格式：

修飾符 <代表泛型的變數> 返回值類型 方法名(參數){  }

例如，

public class MyGenericMethod {    
    public <T> void show(T type) {
        System.out.println(type.getClass());
    }
    
    public <T> T show2(T type) {    
        return type;
    }
}

使用格式：調用方法時，確定泛型的類型

public class GenericMethodDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 創建對象
        MyGenericMethod mm = new MyGenericMethod();
        // 演示看方法提示
        mm.show("aaa");
        mm.show(123);
        mm.show(12.45);
    }
}

含有泛型的介面

定義格式：

修飾符 interface介面名<代表泛型的變數> {  }

例如，

public interface MyGenericInterface<E>{
    public abstract void add(E e);
    
    public abstract E getE();  
}

使用格式：

1、定義類時確定泛型的類型

例如

public class MyImp1 implements MyGenericInterface<String> {
    @Override
    public void add(String e) {
        // 省略...
    }

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

此時，泛型E的值就是String類型。

2、始終不確定泛型的類型，直到創建對象時，確定泛型的類型

例如

public class MyImp2<E> implements MyGenericInterface<E> {
    @Override
    public void add(E e) {
         // 省略...
    }

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

確定泛型：

/*
 * 使用
 */
public class GenericInterface {
    public static void main(String[] args) {
        MyImp2<String>  my = new MyImp2<String>();  
        my.add("aa");
    }
}

泛型通配符

當使用泛型類或者介面時，傳遞的數據中，泛型類型不確定，可以通過通配符<?>表示。但是一旦使用泛型的通配符後，只能使用Object類中的共性方法，集合中元素自身方法無法使用。

通配符基本使用

泛型的通配符:不知道使用什麼類型來接收的時候,此時可以使用?,?表示未知通配符。

此時只能接受數據,不能往該集合中存儲數據。

舉個例子大家理解使用即可：

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){}
//？代表可以接收任意類型

註意：泛型不存在繼承關係 Collection list = new ArrayList();這種是錯誤的。

通配符高級使用----受限泛型

之前設置泛型的時候，實際上是可以任意設置的，只要是類就可以設置。但是在JAVA的泛型中可以指定一個泛型的上限和下限。

泛型的上限：

  • 格式： 類型名稱 <? extends 類 > 對象名稱
  • 意義： 只能接收該類型及其子類

泛型的下限：

  • 格式： 類型名稱 <? super 類 > 對象名稱
  • 意義： 只能接收該類型及其父類型

比如：現已知Object類，String 類，Number類，Integer類，其中Number是Integer的父類

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>();
    
    getElement(list1);
    getElement(list2);//報錯
    getElement(list3);
    getElement(list4);//報錯
  
    getElement2(list1);//報錯
    getElement2(list2);//報錯
    getElement2(list3);
    getElement2(list4);
  
}
// 泛型的上限：此時的泛型?，必須是Number類型或者Number類型的子類
public static void getElement1(Collection<? extends Number> coll){}
// 泛型的下限：此時的泛型?，必須是Number類型或者Number類型的父類
public static void getElement2(Collection<? super Number> coll){}

4、集合綜合案例

案例介紹

按照鬥地主的規則，完成洗牌發牌的動作。
具體規則：

使用54張牌打亂順序,三個玩家參與游戲，三人交替摸牌，每人17張牌，最後三張留作底牌。

案例分析

  • 準備牌：

    牌可以設計為一個ArrayList,每個字元串為一張牌。
    每張牌由花色數字兩部分組成，我們可以使用花色集合與數字集合嵌套迭代完成每張牌的組裝。
    牌由Collections類的shuffle方法進行隨機排序。

  • 發牌

    將每個人以及底牌設計為ArrayList,將最後3張牌直接存放於底牌，剩餘牌通過對3取模依次發牌。

  • 看牌

    直接列印每個集合。

代碼實現

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

public class Poker {
    public static void main(String[] args) {
        /*
        * 1: 準備牌操作
        */
        //1.1 創建牌盒 將來存儲牌面的 
        ArrayList<String> pokerBox = new ArrayList<String>();
        //1.2 創建花色集合
        ArrayList<String> colors = new ArrayList<String>();

        //1.3 創建數字集合
        ArrayList<String> numbers = new ArrayList<String>();

        //1.4 分別給花色 以及 數字集合添加元素
        colors.add("♥");
        colors.add("♦");
        colors.add("♠");
        colors.add("♣");

        for(int i = 2;i<=10;i++){
            numbers.add(i+"");
        }
        numbers.add("J");
        numbers.add("Q");
        numbers.add("K");
        numbers.add("A");
        //1.5 創造牌  拼接牌操作
        // 拿出每一個花色  然後跟每一個數字 進行結合  存儲到牌盒中
        for (String color : colors) {
            //color每一個花色 
            //遍曆數字集合
            for(String number : numbers){
                //結合
                String card = color+number;
                //存儲到牌盒中
                pokerBox.add(card);
            }
        }
        //1.6大王小王
        pokerBox.add("小☺");
        pokerBox.add("大☠");   
        // System.out.println(pokerBox);
        //洗牌 是不是就是將  牌盒中 牌的索引打亂 
        // Collections類  工具類  都是 靜態方法
        // shuffer方法   
        /*
         * static void shuffle(List<?> list) 
         *     使用預設隨機源對指定列表進行置換。 
         */
        //2:洗牌
        Collections.shuffle(pokerBox);
        //3 發牌
        //3.1 創建 三個 玩家集合  創建一個底牌集合
        ArrayList<String> player1 = new ArrayList<String>();
        ArrayList<String> player2 = new ArrayList<String>();
        ArrayList<String> player3 = new ArrayList<String>();
        ArrayList<String> dipai = new ArrayList<String>();    

        //遍歷 牌盒  必須知道索引   
        for(int i = 0;i<pokerBox.size();i++){
            //獲取 牌面
            String card = pokerBox.get(i);
            //留出三張底牌 存到 底牌集合中
            if(i>=51){//存到底牌集合中
                dipai.add(card);
            } else {
                //玩家1   %3  ==0
                if(i%3==0){
                    player1.add(card);
                }else if(i%3==1){//玩家2
                    player2.add(card);
                }else{//玩家3
                    player3.add(card);
                }
            }
        }
        //看看
        System.out.println("玩家1："+player1);
        System.out.println("玩家2："+player2);
        System.out.println("玩家3："+player3);
        System.out.println("底牌："+dipai);  
    }
}

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