【JAVA】part5-Java集合

Java 集合

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Java集合概述

Java数组的局限性
- 数组初始化后大小不可变；
- 数组只能按索引顺序存取。
Java的java.util包主要提供了以下三种类型的集合：
- List：一种有序列表的集合，例如，按索引排列的Student的List；
- Set：一种保证没有重复元素的集合，例如，所有无重复名称的Student的Set；
- Map：一种通过键值（key-value）查找的映射表集合，例如，根据Student的name查找对应Student的Map。
Java集合类：Collection，，它是除Map外所有其他集合类的根接口。
Java集合的设计特点
- 一是实现了接口和实现类相分离
  例如，有序表的接口是List，具体的实现类有ArrayList，LinkedList等
- 二是支持泛型
  我们可以限制在一个集合中只能放入同一种数据类型的元素，例如：List list = new ArrayList<>(); // 只能放入String类型
Java集合的访问
Java访问集合总是通过统一的方式——迭代器（Iterator）来实现，它最明显的好处在于无需知道集合内部元素是按什么方式存储的。

使用List

ListIntro.java
ArrayList API
在Java中，List是一个接口，它继承自Collection接口，并表示一个有序的集合。List可以包含重复的元素，并且每个元素都有其索引。List接口的两个常用实现类是ArrayList和LinkedList。

ArrayLisy的简易实现与存在的问题

public class ArrayList {
    private Object[] array;
    private int size;
    public void add(Object e) {...}
    public void remove(int index) {...}
    public Object get(int index) {...}
}

问题:没有使用泛型，所以使用这个ArrayList时，插入和检索元素都不会有编译时类型检查，可能需要强制类型转换，并且存在类型转换错误的风险。如果不使用泛型重新编写就必须这么写,泛型稍后再讲:

ArrayList list = new ArrayList();
list.add("Hello");
// 获取到Object，必须强制转型为String:
String first = (String) list.get(0);

基本使用

以下是如何声明和使用List的一些基本示例：

声明并初始化一个List

List<String> list = new ArrayList<String>(); // 使用泛型来指定List的元素类型为String

或者使用Java 7以后的菱形语法（diamond syntax）：

List<String> list = new ArrayList<>(); // Java 7+可以自动推断出泛型类型

添加元素

使用add方法可以向List中添加元素：

list.add("Apple");
list.add("Banana");
list.add("Cherry");

访问元素

可以使用get方法通过索引访问List中的元素：

String fruit = list.get(0); // 获取第一个元素，索引是0

修改元素

通过指定索引，我们可以替换List中的元素：

list.set(1, "Blueberry"); // 将索引位置1的元素（即"Banana"）替换为"Blueberry"

删除元素

从List中删除元素可以使用remove方法：

list.remove("Cherry"); // 删除指定的对象
list.remove(0); // 删除索引位置0的元素

遍历List

可以使用for-each循环来遍历List中的元素：

for (String fruit : list) {
    System.out.println(fruit);
}

或者使用传统的for循环来通过索引访问：

for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
    System.out.println(list.get(i));
}

还可以使用Iterator或ListIterator来遍历：

Iterator<String> iterator = list.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
}

列表大小

获取List的元素个数：

int size = list.size();

判断列表是否为空

判断List是否为空：

boolean isEmpty = list.isEmpty();

清空列表

删除List中的所有元素：

list.clear();

检查元素是否存在

检查某个元素是否在List中：

boolean contains = list.contains("Apple");

ArrayList vs LinkedList

ArrayList：基于动态数组实现，提供快速的随机访问和快速的遍历。但添加或删除元素（尤其是在列表的前面或中间）可能较慢，因为可能涉及到数组的复制和移动。
LinkedList：基于双向链表实现，添加和删除元素通常更快，但随机访问较慢。

根据具体的使用场景选择合适的List实现是重要的，如果频繁进行随机访问，ArrayList通常是更好的选择；如果频繁插入和删除元素，LinkedList可能更有优势。

编写equals和hashCode

EqualsMethod.java
编写一个正确的 equals() 方法很重要，以确保对象在比较时表现出正确的行为。以下是编写 equals() 方法的标准准则和步骤：

使用 == 检查“引用相等”：先检查被比较的对象是否是对同一个对象的引用。如果是，直接返回 true。这不仅是一个性能优化，也是逻辑正确性的保障。
```
if (this == obj) return true;
```
检查 null：检查传入的对象是否为 null。如果是，返回 false。因为按照约定，任何非空引用值与 null 比较时，都应该返回 false。
```
if (obj == null) return false;
```
比较类类型是否相同：检查 this 和 obj 是否属于同一个类。如果你希望具有相同类继承层次的对象在逻辑上视为相等，可以使用 instanceof 检查。否则，使用 getClass() 方法进行比较以确保类型完全相同。
```
if (getClass() != obj.getClass()) return false;
```
类型转换：将传入的对象转换（强制类型转换）为正确的类型，以便可以访问其属性或方法。
```
MyClass myClassObj = (MyClass) obj;
```
比较关键字段：对类中每个“重要”属性进行比较。如果是基本数据类型，可以直接使用 ==；对于对象类型，则应使用 equals() 进行比较。对于数组类型的字段，可以使用 Arrays.equals() 检查每个元素。
```
return (this.field1 == myClassObj.field1) &&
       (this.field2.equals(myClassObj.field2));
```
编写 hashCode() 方法：当重写 equals() 方法时，也必须重写 hashCode() 方法，以保持 hashCode 的一致性。即，如果两个对象通过 equals() 方法判断相等，它们的 hashCode 值也必须相同。
```
@Override
public int hashCode() {
    // 使用Objects.hash或者自定义逻辑来生成hashCode
    return Objects.hash(field1, field2);
}
```

遵循以上准则，可以确保您的 equals() 方法是正确、高效且符合Java相等性约定的。如果不调用List的contains()、indexOf()这些方法，那么放入的元素就不需要实现equals()方法。

使用Map

MapIntro.java
以下是一些常用的 Map 接口操作：

put(K key, V value): 将指定的值与此映射中的指定键关联（可选操作）。
get(Object key): 返回指定键所映射的值；如果此映射不含该键的映射关系，则返回 null。
remove(Object key): 如果存在一个键的映射关系，则将其从此映射中移除（可选操作）。
containsKey(Object key): 如果此映射包含指定键的映射关系，则返回 true。
containsValue(Object value): 如果此映射将一个或多个键映射到指定值，则返回 true。
size(): 返回此映射中的键值映射关系数。
isEmpty(): 如果此映射不包含键值映射关系，则返回 true。
clear(): 从此映射中移除所有的映射关系（可选操作）。
keySet(): 返回此映射中包含的键的 Set 视图。
values(): 返回此映射中包含的值的 Collection 视图。
entrySet(): 返回此映射中包含的映射关系的 Set 视图。

使用Set

SetIntro.java
Map用于存储key-value的映射，对于充当key的对象，是不能重复的，并且，不但需要正确覆写equals()方法，还要正确覆写hashCode()方法。
如果我们只需要存储不重复的key，并不需要存储映射的value，那么就可以使用Set。无序，不重复。
以下是 Set 接口中的一些基本操作：

add(E e): 如果指定元素尚未存在于集合中，则添加该元素（可选操作）。
remove(Object o): 如果指定元素存在于集合中，则移除它（可选操作）。
contains(Object o): 如果集合包含指定元素，则返回 true。
size(): 返回集合中元素的数量。
isEmpty(): 如果集合不包含元素，则返回 true。
clear(): 移除集合中所有元素（可选操作）。
iterator(): 返回在此集合中元素上进行迭代的迭代器。

使用Collections

CollectionsIntro.java
Java 的 Collections 类（注意是复数形式）是一个包含静态方法的工具类，这些方法可以用于对集合（如列表、集合和映射）进行操作和转换。Collections 类位于 java.util 包中，提供了一系列的静态方法，用于实现集合的搜索、排序、线程安全化、只读化等操作。

这里是 Collections 类的一些常用方法：

排序和混排

sort(List list): 对指定列表按照自然顺序进行排序。
sort(List list, Comparator<? super T> c): 根据提供的比较器对列表进行排序。
shuffle(List<?> list): 使用默认随机源对列表进行置换，打乱列表中元素的顺序。

查找和替换

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，前提是列表已经排序。
binarySearch(List<? extends T> list, T key, Comparator<? super T> c): 根据指定比较器使用二分搜索法搜索指定列表。
replace(List list, T oldVal, T newVal): 替换列表中所有出现的旧元素。

反转和旋转

reverse(List<?> list): 反转指定列表中元素的顺序。
rotate(List<?> list, int distance): 根据指定的距离旋转列表。

最大值和最小值

max(Collection<? extends T> coll): 根据元素的自然顺序，返回给定集合的最大元素。
max(Collection<? extends T> coll, Comparator<? super T> comp): 根据指定比较器，返回给定集合的最大元素。
min(Collection<? extends T> coll): 根据元素的自然顺序，返回给定集合的最小元素。
min(Collection<? extends T> coll, Comparator<? super T> comp): 根据指定比较器，返回给定集合的最小元素。

同步控制

synchronizedCollection(Collection c): 返回由指定集合支持的同步（线程安全的）集合。
synchronizedList(List list): 返回由指定列表支持的同步（线程安全的）列表。
等等，类似的还有 synchronizedMap, synchronizedSet, synchronizedSortedMap, synchronizedSortedSet。

不可修改的集合

unmodifiableCollection(Collection<? extends T> c): 返回指定集合的不可修改视图。
unmodifiableList(List<? extends T> list): 返回指定列表的不可修改视图。
等等，类似的还有 unmodifiableMap, unmodifiableSet, unmodifiableSortedMap, unmodifiableSortedSet。

示例：使用 `Collections.sort()`

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

public class CollectionsExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("banana");
        list.add("apple");
        list.add("cherry");
        
        // 排序前
        System.out.println("Before sorting: " + list);
        
        // 排序
        Collections.sort(list);
        
        // 排序后
        System.out.println("After sorting: " + list);
    }
}