新手小白学JAVA 泛型 Collection List Set

我们接下来要学习的内容是Java基础中一个很重要的部分：集合

1 Collection接口
1.1 集合前言
Java语言的java.util包中提供了一些集合类,这些集合类又称之为容器
提到容器不难想到数组,集合类与数组最主要的不同之处是,数组的长度是固定的,集合的长度是可变的，而数组的访问方式比较单一,插入/删除等操作比较繁琐,而集合的访问方式比较灵活

常用的集合类有List集合,Set集合,Map集合,其中List集合与Set集合继承了Collection接口,各个接口还提供了不同的实现类.

1.2 集合概念
集合的英文名称是Collection,是用来存放对象的数据结构,而且长度可变,可以存放不同类型的对象,并且还提供了一组操作成批对象的方法.Collection接口层次结构 中的根接口,接口不能直接使用,但是该接口提供了添加元素/删除元素/管理元素的父接口公共方法.
由于List接口与Set接口都继承了Collection接口,因此这些方法对于List集合和Set集合是通用的.

1.3 集合的继承结构
Collection接口
List 接口【数据有下标，有序，可重复】
是对插入的数据等顺序进行排序
ArrayList子类
LinkedList子类
Set 接口【数据无下标，无序，不可重复】
HashSet子类
Map 接口【键值对的方式存数据】
HashMap子类
1.4 Collection方法速查表

1.5 练习:Collection接口测试
创建包: cn.tedu.collection
创建类: TestCollection.java

package cn.tedu.collection;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;

/**本类用于测试Collection接口*/
public class TestCollection {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建Collection相关的对象
        //Collection c = new Collection();//报错，因为Collection是接口
        //是泛型，用来约束集合中的数据类型，不能是基本类型，必须是引用类型
        Collection<Integer> c = new ArrayList<>();

        //2.1测试集合中的常用方法--单个集合间的操作
        c.add(100);//向集合中添加元素 Ctrl+D快速向下复制
        c.add(200);//向集合中添加元素
        c.add(300);//向集合中添加元素
        c.add(400);//向集合中添加元素
        c.add(500);//向集合中添加元素
        System.out.println(c);//直接打印集合，查看集合中的元素

//        c.clear();//清空当前集合中的所有元素
//        System.out.println(c);

        System.out.println(c.hashCode());//获取集合对象的哈希码值
        System.out.println(c.toString());//打印集合的具体元素
        System.out.println(c.equals(200));//false,集合对象c与值200是否相等

        System.out.println(c.contains(200));//true,c集合中是否包含指定元素200
        System.out.println(c.isEmpty());//false，判断集合是否为空
        System.out.println(c.remove(100));//true,移除集合中的指定元素，成功返回true
        System.out.println(c);//[200, 300, 400, 500]
        System.out.println(c.size());//4,返回集合的元素个数

        Object[] array = c.toArray();//将指定的集合转为数组Object[]
        System.out.println(Arrays.toString(array));//[200, 300, 400, 500]

        //2.2测试多个集合间的操作
        Collection<Integer>  c2 = new ArrayList<>();//创建第2个集合
        c2.add(2);//向c2集合添加元素
        c2.add(4);//向c2集合添加元素
        c2.add(5);//向c2集合添加元素
        System.out.println(c2);//查看c2集合中的元素

        c.addAll(c2);//把c2集合的所有元素添加到c集合当中
        System.out.println(c);//c2集合的所有元素追加到了c集合末尾
        System.out.println(c2);//c2集合本身没有任何改变

        //当前集合c是否包含指定集合c2中的所有元素
        System.out.println(c.containsAll(c2));
        System.out.println(c.contains(200));//c是否包含单个指定元素200

        System.out.println(c.removeAll(c2));//删除c集合中属于c2集合的所有元素
        System.out.println(c);

        System.out.println(c.add(5));
        System.out.println(c);
        System.out.println(c.retainAll(c2));//取c集合与c2集合的交集(公共元素)
        System.out.println(c);//[5]

        //3.迭代集合/遍历集合
        /**迭代步骤：
         * 1.获取集合的迭代器 c.iterator();
         * 2.判断集合中是否有下一个可迭代的元素 it.hasNext()
         * 3.获取当前迭代到的元素 it.next()*/
        Iterator<Integer> it = c.iterator();
        while(it.hasNext()){
            Integer num = it.next();
            System.out.println(num);
        }
    }
}

为了更好的理解集合，我们需要首先引入一个概念：泛型

2 泛型
2.1 概念
我们可以观察一下，下面的代码中有什么元素是我们之前没见过的呢?

其实就是< ? >的部分,它就是泛型
泛型是（Generics）JDK1.5 的一个新特性，通常用来和集合对象一起使用
泛型概念非常重要，它是程序的增强器，它是目前主流的开发方式

2.2 作用
那泛型有什么作用呢？
我们可以把泛型理解成一个“语法糖”，本质上就是编译器为了提供更好的可读性而提供的一种小手段，小技巧，虚拟机层面是不存在所谓“泛型”的概念的。是不有点神奇，不知所云，别着急等我讲完你就清楚了。

我们可以通过泛型的语法定义<>,来约束集合中元素的类型,编译器可以在编译期根据泛型约束提供一定的类型安全检查，这样可以避免程序运行时才暴露BUG,代码的通用性也会更强
泛型可以提升程序代码的可读性,但是它只是一个“语法糖”(编译后这样的部分会被删除,不出现在最终的源码中),所以不会影响JVM后续运行时的性能.

2.3 泛型示例
示例1 : 我们创建一个ArrayList,看到eclipse发出黄线警告,这是为什么呢?
原因:ArrayList定义时使用了泛型,在声明时需要指定具体的类型

我们把这个”<>”的方式称之为泛型,那么泛型有什么样的作用呢?就是在编译阶段检查传入的参数是否正确

有了泛型,我们可以看到要求存放的是String类型,而测试时存放的是int类型的100,所以编译器报错:
类型List的add方法要求添加的类型为String类型,int类型不匹配,不能正确存入

2.4 泛型声明
泛型可以在接口 类 方法上使用

在方法的返回值前声明了一个,表示后面出现的E是泛型,而不是普通的java变量

2.5 常用名称

2.6 练习:泛型测试
创建包: cn.tedu. generic
创建类: TestGeneric1.java

package cn.tedu.generic;

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

/**本类用于测试泛型的优点*/
public class TestGeneric1 {
	public static void main(String[] args) {
		/**1.泛型是怎么来的?--想要模拟数组的数据类型检查*/
		String[] a = new String[5];//创建一个用来存放String类型数据的数组,长度为5
		a[2] = "泡泡";
		a[4] = "涛涛";
		//数组的好处:在编译时期检查数据的类型,如果不是要求的类型会在编译器就报错
		//a[0] = 1;
		//a[1] = 8.8;
		//a[3] = 'c';
		
		/**2.泛型通常会结合着集合一起使用*/
		List list = new ArrayList();//注意导包:java.util...
		//没有泛型,数据类型根本没有约束 -- 太自由!!!
		list.add("江江");
		list.add(1);
		list.add(8.8);
		list.add('a');
		System.out.println(list);//通过打印查看集合中的元素
		
		/**3.引入泛型--主要目的是想通过泛型来约束集合中元素的类型*/
		/**4.泛型的好处:可以把报错的时机提前,在编译期就报错,而不是运行后抛出异常
		 * 在向集合中添加元素时,会先检查元素的数据类型,不是要求的类型就编译失败
		 * */
		List<String> list2 = new ArrayList<String>();//注意导包:java.util...
		list2.add("雷神");//约束了类型以后,只可以传String参数
		//list2.add(1);
		//list2.add(8.8);
		//list2.add('d');
		
		/**5.--type的值应该如何写?
		 * 需要查看要存放的数据类型是什么,根据类型进行定义
		 * 但是type必须是引用类型,不是基本类型
		 */
		//List list3 = new ArrayList();//注意导包:java.util...
		List<Integer> list3 = new ArrayList<Integer>();//注意导包:java.util...
		list3.add(100);
		list3.add(200);
		System.out.println(list3);
	}
}

2.7 练习:泛型测试2
创建包: cn.tedu. generic
创建类: TestGeneric2.java

package cn.tedu.generic;
/**本类用来测试泛型的优点2*/
public class TestGeneric2 {
	public static void main(String[] args) {
		//需求:打印指定数组中的所有元素
		Integer[] a = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
		print(a);
		
		String[] b = {"大哥","二哥","三哥","四哥","五哥","六哥","小弟"};
		print(b);
		
		Double[] c = {6.0,6.6,6.66,6.666,6.6666};
		print(c);
	}
	/**1.泛型可以实现通用代码的编写,使用E表示元素的类型是Element类型 -- 可以理解成神似多态*/
	/**2.泛型的语法要求:如果在方法上使用泛型,必须两处同时出现,一个是传入参数的类型,一个是返回值前的泛型类型,表示这是一个泛型*/
	private static <E> void print(E[] e) {
		for(E d :e) {
			System.out.println(d);
		}
	}

//	public static void print(Double[] c) {
//		for(Double d : c) {
//			System.out.println(d);
//		}
//	}
//
//	public static void print(String[] b) {
//		for(String s : b) {
//			System.out.println(s);
//		}
//	}
//
//	public static void print(Integer[] a) {
//		//使用普通循环遍历数组比较复杂,引入高效for循环
//		//普通循环的好处是可以控制循环的步长(怎么变化)
//		for (int i = 0; i < a.length; i=i+2) {
//			System.out.println(a[i]);
//		}
//		/**
//		 * 高效for/foreach循环--如果只是单纯的从头到尾的遍历,使用增强for循环
//		 * 好处:比普通的for循环写法简便,而且效率高
//		 * 坏处:没有办法按照下标来操作值,只能从头到尾依次遍历
//		 * 语法:for(1 2 : 3){代码块} 3是要遍历的数据  1是遍历后得到的数据的类型 2是遍历起的数据名
//		 */
//		for(Integer i : a) {
//			System.out.print(i);
//		}
//	}
}

3 List接口
3.1 概述
有序的colletion(也称为序列).此接口的用户可以对列表中的每个元素的插入位置进行精确的控制,用户可以根据元素的整数索引(在列表中的位置)来访问元素,并搜索列表中的元素.

3.2 特点
元素都有下标
数据是有序的
允许存放重复的元素
3.3 List方法速查表

3.4 练习:List接口测试
创建包: cn.tedu.collection
创建类: TestList.java

package cn.tedu.collection;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;

/**本类用于测试List接口*/
public class TestList {
    public static void main(String[] args) {
       //1.创建List的多态对象，注意List是接口，不可实例化
       List<String> list = new ArrayList<String>();

       //2.测试继承自Collection中的方法
       list.add("大力娃");//向list集合中存入数据
       list.add("千顺娃");
       list.add("头铁娃");
       list.add("喷火娃");
       list.add("喷水娃");
       list.add("隐身娃");
       list.add("小紫娃");
       System.out.println(list);//查看集合中的元素

//       list.clear();//清空集合
//       System.out.println(list);
       System.out.println(list.contains("喷火娃"));//true,判断集合是否包含指定元素
       System.out.println(list.equals("喷水娃"));//false,集合对象与String数据不等
       System.out.println(list.isEmpty());//false,判断集合是否为空
       System.out.println(list.remove("小紫娃"));//移除集合中指定的元素
       System.out.println(list.size());//6，获取集合中元素的个数
       System.out.println(Arrays.toString(list.toArray()));//将集合转成数组

       //3.测试List接口自己的方法--List有序，可以根据索引来操作集合中的元素
       list.add("小蝴蝶");//追加在最后
       list.add(1,"蛇精");//在指定的索引处添加元素
       list.add(3,"小蝴蝶");//在指定的索引处添加元素
       System.out.println(list);

       System.out.println(list.indexOf("小蝴蝶"));//3,获取指定元素第一次出现的索引
       System.out.println(list.lastIndexOf("小蝴蝶"));//8，获取指定元素最后一次出现的索引

       System.out.println(list);
       //根据索引删除元素，并将被删除的元素返回
       System.out.println(list.remove(5));
       System.out.println(list);
       System.out.println(list.get(3));//获取指定索引处的元素
       System.out.println(list.set(7,"蝎子精"));//修改指定索引处元素的值为蝎子精
       System.out.println(list);

       //4.测试集合间的操作
       List<String> list2 = new ArrayList<>();//创建第2个集合
       list2.add("1");//向集合2中添加元素
       list2.add("2");
       list2.add("3");
       list2.add("4");
       System.out.println(list2);//查看集合中的元素
       //将2集合的所有元素添加到list集合中
       System.out.println(list.addAll(list2));
       //将2集合的所有元素添加到list集合的指定位置
       System.out.println(list.addAll(1,list2));
       System.out.println(list);
       //判断list集合中是否包含list2集合中的所有元素
       System.out.println(list.containsAll(list2));
       //移除list集合中属于list2集合中的所有元素
       System.out.println(list.removeAll(list2));
       System.out.println(list);
    }
}

3.5 练习:List接口测试2
创建包: cn.tedu.collection
创建类: TestList2.java

package cn.tedu.collection;

import java.lang.reflect.Array;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;
import java.util.ListIterator;

/**本类用于进一步测试List接口*/
public class TestList2 {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建List接口的多态对象
        List<String> list = new ArrayList<>();
        //2.向创建好list集合添加元素
        list.add("喜羊羊");
        list.add("美羊羊");
        list.add("懒羊羊");
        list.add("沸羊羊");
        list.add("小肥羊");
        list.add("肥羊卷");
        System.out.println(list);

        //3.测试集合的迭代
        /**集合的迭代方式：
         * 1.for循环
         * 2.高效for循环
         * 3.iterator
         * 4.listIterator
         * */
        //方式一：因为List集合是有序的，元素有下标的，所以可以根据下标进行遍历
        //从哪开始：0  到哪结束：list.size()-1  如何变化++
        for(int i = 0;i<list.size();i++){
            //根据本轮循环遍历到的索引值获取对应的集合元素
            System.out.println(list.get(i));
        }
        System.out.println("************方式一*************");

        //方式二：因为普通for循环遍历效率低，语法复杂，所以使用高效for来遍历
        //格式for(本轮遍历到的元素类型 元素名 ：要遍历的内容名){循环体}
        for( String s : list){
            System.out.println(s);
        }
        System.out.println("************方式二*************");

        //方式三：从父接口中继承过来的迭代器iterator
        //1.获取对应的迭代器对象
        Iterator<String> it = list.iterator();
        //2.通过刚刚获取到的迭代器循环迭代集合中的所有元素
        while(it.hasNext()){//判断是否仍有下一个元素可以迭代
            System.out.println(it.next());//打印当前获取到的元素
        }
        System.out.println("************方式三*************");
        /**方式四：listIterator属于List接口特有的迭代器
         * Iterator--父接口--hasNext() next()
         * ListIterator--子接口--除了父接口的功能以外
         * 还有自己的特有功能，比如逆序遍历，添加元素等等，但是不常用
         * public interface ListIteratorextends Iterator
         * */
        ListIterator<String> it2 = list.listIterator();
        while(it2.hasNext()){
            System.out.println(it2.next());
        }
        System.out.println(list);
        System.out.println("listIterator的逆序遍历：");
        ListIterator<String> it3 = list.listIterator();
        while(it3.hasNext()){//判断是否有下一个元素可迭代
            System.out.println(it3.next());//打印当前迭代到的元素
            if(!it3.hasNext()){//直到迭代器没有下一个元素可迭代--到最后了
                System.out.println("开始逆序迭代：");
                while (it3.hasPrevious()){//判断是否有上一个元素可迭代
                    System.out.println(it3.previous());//打印获取到的上一个元素
                }
               break;//终止循环，不然会一直从头到尾，再从尾到头迭代
            }
        }
    }
}

4 ArrayList
4.1 概述
存在java.util包中
内部是用数组结构存放数据,封装数组的操作,每个对象都有下标
内部数组默认的初始容量是10,如果不够会以1.5倍的容量增长
查询快,增删数据效率会低

4.2 创建对象

4.3 练习:ArrayList测试
创建包: cn.tedu.collection
创建类: TestArrayList.java

package cn.tedu.list;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.ListIterator;

/**本类用于ArrayList相关测试*/
public class TestArrayList {
    public static void main(String[] args) {
        //1.创建对应的集合对象
        /**底层会自动帮我们创建数组来存放对象，并且数组的初始容量是10*/
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList();

        //2.向集合中添加元素，用于测试
        list.add(100);
        list.add(200);
        list.add(300);
        list.add(400);
        list.add(400);
        list.add(300);
        System.out.println(list);

        //3.测试常用方法
        //list.clear();//清空集合
        //System.out.println(list);//[]

        //false,是否包含指定元素“100”，这是String不是Integer,不包含
        System.out.println(list.contains("100"));
        System.out.println(list.get(0));//100,根据下标获取元素
        System.out.println(list.indexOf(400));//3，判断指定元素第一次出现的位置
        System.out.println(list.lastIndexOf(400));//4，判断指定元素最后一次出现的位置
        
        System.out.println(list.remove(1));//200,移除指定位置处的元素
        //System.out.println(list.remove(300));
        /**上面的代码会报错：数组下标越界：index:300 size:5
         * 主要是因为List中有两个重载的remove(),如果传入的是300
         * 会认为是int类型的index索引，所以如果想指定元素删除数据
         * 需要把int类型的300手动装箱成Integer类型*/
        System.out.println(list.remove(Integer.valueOf(300)));
        
        System.out.println(list.set(2,777));//修改指定索引处的元素的值为777
        System.out.println(list.size());//获取列表中元素的个数

        //4.进行集合的迭代
        //方式1：for循环
        System.out.println("方式一：for循环迭代");
        for(int i = 0;i <= list.size()-1 ; i++){
            System.out.println(list.get(i));
        }
        //方式2：高效for循环
        System.out.println("方式二：高效for循环迭代");
        //for(本轮遍历到元素的类型 元素名 ： 要遍历的集合名){循环体}
        for(Integer t : list){
            System.out.println(t);
        }
        //方式3：iterator迭代器
        System.out.println("方式三：iterator迭代器：");
        //获取迭代器对象
        Iterator<Integer> it = list.iterator();
        //循环迭代集合中的所有元素
        while(it.hasNext()){//判断是否有下一个元素可迭代，如果有，继续循环
            System.out.println(it.next());//打印本轮迭代到的元素
        }
        //方式4：listIterator
        System.out.println("方式四：list独有的迭代器listIterator");
        //获取迭代器对象
        ListIterator<Integer> it2 = list.listIterator();
        //循环迭代集合中的所有元素
        while(it2.hasNext()){//判断是否有下个元素可迭代
            System.out.println(it2.next());//打印本轮迭代到的元素
        }
    }
}

5 LinkedList
5.1 概述
链表,两端效率高,底层就是链表实现的
是一个双向链表，没有初始化大小，也没有扩容的机制，就是一直在前面或者后面新增就好。

5.2 创建对象
LinkedList() 构造一个空列表

5.3 常用方法
void addFirst(E e) 添加首元素
void addLast(E e) 添加尾元素
E getFirst() 获取首元素
E getLast() 获取尾元素
E element() 获取首元素
E removeFirst() 删除首元素
E removeLast() 删除尾元素

boolean offer(E e) 添加尾元素
boolean offerFirst(E e) 添加首元素
boolean offerLast(E e) 添加尾元素
E peek() 获取首元素
E peekFirst() 获取首元素
E peekLast() 获取尾元素
E poll() 返回并移除头元素
E pollFirst() 返回并移除头元素
E pollLast() 返回并移除尾元素

5.4练习:LinkedList测试
创建包: cn.tedu.collection
创建类: TestLinkedList.java

package cn.tedu.colletion;

import java.util.LinkedList;

/**本类用于测试LinkedList的相关测试*/
public class TestLinkedList {
	public static void main(String[] args) {
		//1.创建对象
		LinkedList<String> list = new LinkedList();
		//2.添加数据
		list.add("孙悟空");
		list.add("猪八戒");
		list.add("唐三藏");
		list.add("沙师弟");
		list.add("白龙马");
		System.out.println(list);
		
		//3.1自行测试从collection继承过来的共性方法测试
		
		//3.2 LinkedList特有方法测试
		list.addFirst("蜘蛛精");//添加首元素
		list.addLast("玉兔精");//添加尾元素
		System.out.println(list);
		
		System.out.println(list.getFirst());//获取首元素
		System.out.println(list.getLast());//获取尾元素
		
		System.out.println(list.removeFirst());//移除首元素,成功移除会返回移除的数据
		System.out.println(list);
		System.out.println(list.removeLast());//移除尾元素,成功移除会返回移除的数据
		System.out.println(list);
		
		//4.其他测试
		//4.1创建对象
		LinkedList<String> list2 = new LinkedList();
		//4.2添加数据
		list2.add("水浒传");
		list2.add("三国演义");
		list2.add("西游记");
		list2.add("红楼梦");
		System.out.println(list2);
		System.out.println(list2.element());//获取但不移除此列表的首元素(第一个元素)
		/**别名:查询系列*/
		System.out.println(list2.peek());//获取但不移除此列表的首元素(第一个元素)
		System.out.println(list2.peekFirst());//获取但不移除此列表的首元素(第一个元素)
		System.out.println(list2.peekLast());//获取但不移除此列表的尾元素(最后一个元素)
		
		/**别名:新增系列*/
		System.out.println(list2.offer("遮天"));//将指定元素添加到列表末尾
		System.out.println(list2.offerFirst("斗罗大陆"));//将指定元素插入列表开头
		System.out.println(list2.offerLast("斗破苍穹"));//将指定元素插入列表末尾
		System.out.println(list2);
		
		/**别名:移除系列*/
		System.out.println(list2.poll());//获取并且移除此列表的首元素(第一个元素),成功移除,返回移除元素
		System.out.println(list2.pollFirst());//获取并且移除此列表的首元素(第一个元素),成功移除,返回移除元素,如果此列表为空,则返回null
		System.out.println(list2.pollLast());//获取并且移除此列表的尾元素(最后一个元素),成功移除,返回移除元素,如果此列表为空,则返回null
		System.out.println(list2);
	}
}

6 扩展: ArrayList扩容
ArrayList相当于在没指定initialCapacity时就是会使用延迟分配对象数组空间，当第一次插入元素时才分配10（默认）个对象空间。假如有20个数据需要添加，那么会分别在第一次的时候，将ArrayList的容量变为10；之后扩容会按照1.5倍增长。也就是当添加第11个数据的时候，Arraylist继续扩容变为10*1.5=15；当添加第16个数据时，继续扩容变为15 * 1.5 =22个
ArrayList没有对外暴露其容量个数，查看源码我们可以知道，实际其值存放在elementData对象数组中，那我们只需拿到这个数组的长度，观察其值变化了几次就知道其扩容了多少次。怎么获取呢？只能用反射技术了。