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Java笔记泛型与集合框架


 

 
泛型与集合框架
 
组织数据之结构及相关操作。
 
泛型
 
泛型(Generics)是在JDK1.5中推出的,其主要目的是可以建立具有类型安全的集合框架,如链表、散列映射等数据结构。
 
泛型类
 
ShowObject是泛型类的名称,E 是其中的泛型,可以是任何对象和接口,但不能是基本类型数据。
 
class ShowObject<E>
能显示对象基本信息的ShowObject类
 
public class ShowObject<E> {
    public void showMess(E b) {
        String mess = b.toString();// 泛型变量只能调用toString()方法
        System.out.println(mess);
    }
}
 
泛型类声明对象
 
示例
 
package com.泛型;
 
class Dog {
    public String toString() {
        return "一条小狗";
    }
}
 
class Cat {
 
     public String toString() {
         return "一只小猫";
 
    }
 
}
 
class ShowObject<E> {
    public void showMess(E b) {
        String mess = b.toString();// 泛型变量只能调用toString()方法
        System.out.println(mess);
    }
}
 
public class Main<E> {
    public static void main(String[] args) {
        ShowObject<Dog> showDog = new ShowObject<Dog>();
        showDog.showMess(new Dog());
        ShowObject<Cat> showCat = new ShowObject<Cat>();
        showCat.showMess(new Cat());
 
    }
}
 
一条小狗
一只小猫
 
泛型接口
 
"interface 名称<泛型列表>" 声明一个接口,这样声明的接口称作泛型接口。
 
 interface Listen<E> {
  void listen(E x);
}
 
示例
 
package com.泛型接口;
 
interface Listen<E> {
    void listen(E x);
}
 
class Student implements Listen<Piano> {
 
    @Override
    public void listen(Piano p) {
        p.play();
    }
}
 
class Teacher implements Listen<Violin> {
 
    @Override
    public void listen(Violin v) {
        v.play();
    }
 
}
 
class Piano {
    public void play() {
        System.out.println("钢琴协奏曲:黄河");
    }
}
 
class Violin {
    public void play() {
        System.out.println("小提琴协奏曲:梁祝");
    }
}
 
public class MyInterface {
    public static void main(String[] args) {
        Student zhang = new Student();
        System.out.println("学生听:");
        zhang.listen(new Piano());
        Teacher teacher = new Teacher();
        System.out.println("老师听:");
        teacher.listen(new Violin());
    }
}
 
学生听:
钢琴协奏曲:黄河
老师听:
小提琴协奏曲:梁祝
 
泛型的目的
 
Java泛型的主要目的是可以建立具有类型安全的数据结构,如链表、散列表等数据结构,最重要的一个优点就是:在使用这些泛型类建立数据结构时,不必进行强制类型转换,即不要求进行运行时的类型检查。JDK1.5是支持泛型的编译器,它将运行时的类型检查提前到编译时执行,是代码更安全。
 
链表
 
处理一些类型相同的数据,习惯使用数组这种数据结构,但使用前必须定义数组大小,且不容易改变数组的大小,因为数组改变大小意味着放弃原有的全部单元。分配太多单元又会浪费宝贵的内存资源。动态增加或减少数据项时,可以使用链表这种数据结构。 
链表是一种物理存储单元上非连续、非顺序的存储结构,数据元素的逻辑顺序是通过链表中的指针链接次序实现的。
 
链表由一系列结点(链表中每一个元素称为结点)组成,结点可以在运行时动态生成。每个结点包括两个部分:一个是存储数据元素的数据域,另一个是存储下一个结点地址的指针域。
LinkedList < E >泛型类
 
java.util 包中的LinkedList<E>泛型类创建的对象以链表结构存储数据,习惯上称LinkedList类创建的对象为链表对象。
 
LinkedList<String> list = new LinkedList<String>
 
创建了一个空双链表。
 
常用方法
 
LinkedList<E>是实现了泛型接口List<E>的泛型类,而泛型接口List<E>又是Collection<E>泛型接口的子接口。LinkedList<E>泛型类的绝大部分方法都是泛型接口方法的实现。编程时,可以使用接口回调技术,即把LinkedList<E>对象的引用赋值给Collection<E>接口变量或List<E>接口变量,那么接口变量就可以调用类实现的方法。
 
public boolean add(E element) 向链表末尾添加一个新节点,element为数据
public int size() 返回链表的长度,即节点的个数
.
.
.
遍历链表
链表对象可以使用iterator()方法获取一个Iterator对象,该对象就是针对当前链表的迭代器。
get(int index)方法遍历
示例
 
package com.链表;
 
import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
 
public class MyLinkedList {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new LinkedList<String>();//接口回调 向上转型
        list.add("大家好");
        list.add("新生26号汇报表演");
        list.add("十一快乐");
        Iterator<String> iter = list.iterator();
        while(iter.hasNext()){
            String te = iter.next();
            System.out.print(te+" ");
        }
        System.out.println("");
        for(int i=0;i<list.size();i++){
            String te = list.get(i);
            System.out.print(te+" ");
        }
    }
}
 
大家好 新生26号汇报表演 十一快乐 
大家好 新生26号汇报表演 十一快乐 
 
Java提供了顺序结构的动态数组表类ArrayList,数组表采用顺序结构来存储数据。数组表不适合动态地改变它存储的数据,如增加、删除单元等(比链表慢),但是数组表获取第n个单元中的数据的速度要比链表快。ArrayList类的很多方法与LinkedList类似,二者的本质区别就是:一个使用顺序结构,一个使用链表结构。
排序和查找
 
要对链表按某种大小关系排序,以便查找一个数据是否和链表某个节点上的数据相等。
 
如果链表实现了Comparable接口的类的实例,如String对象(String实现了该接口)就可以使用Collections类调用sort(List<E> list>)方法可以对参数指定的列表排序,即按节点中存储的对象的大小升序排列节点。
 
Collections.sort(listString);// 按字典序排序
 
自定义的类可以实现泛型接口Comparable<E>中的compareTo(E b)方法来指定该类的示例相互比较大小关系的准则
 
a.compareTo(b)<0 称a小于b
a.compareTo(b)>0 称a大于b
a.compareTo(b)=0 称a等于b
 
自定义People类
 
class People implements Comparable<People> {
    int height, weight;
 
    public People(int h, int w) {
        height = h;
        weight = w;
    }
    //指定该类的示例相互比较大小关系的准则
    @Override
    public int compareTo(People o) {
        return (this.height - o.height);
    }
}
 
查找链表中是否含有和指定数据相对的数据,那么首先对链表排序,然后使用
 
public static int binarySrarch(List<T> list, T key)  查找链表中是否含有和数据key相等的数据
1
1
示例
 
package com.排序和查找;
 
import java.util.Collections;
import java.util.Iterator;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
 
class People implements Comparable<People> {
    int height, weight;
 
    public People(int h, int w) {
        height = h;
        weight = w;
    }
    //指定该类的示例相互比较大小关系的准则
    @Override
    public int compareTo(People o) {
        return (this.height - o.height);
    }
}
 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<String> listString = new LinkedList<String>();
        listString.add("bird");
        listString.add("apple");
        listString.add("cat");
        Collections.sort(listString);// 按字典序排序
        Iterator<String> iterString = listString.iterator();
        while (iterString.hasNext()) {// 遍历数据显示
            String s = iterString.next();
            System.out.print(s + " ");
        }
 
        int index = Collections.binarySearch(listString, "apple");// 查找相同
        //System.out.println(index);
        if (index >= 0) {
            System.out.println("链表中含有和对象apple相等的数据");
        }
        List<People> listPeople = new LinkedList<People>();
        listPeople.add(new People(185, 72));
        listPeople.add(new People(170, 71));
        listPeople.add(new People(172, 56));
        listPeople.add(new People(187, 82));
        Collections.sort(listPeople);
        Iterator<People> iterPeople = listPeople.iterator();
        while (iterPeople.hasNext()) {
            People p = iterPeople.next();
            System.out.println("身高:" + p.height + "cm 体重:" + p.weight);
        }
        People zhang = new People(170, 100);
        index = Collections.binarySearch(listPeople, zhang);// 查找相同
        //System.out.println(index);
        if (index >= 0) {
            System.out.println("链表中含有和对象zhang相等的数据");
        }
    }
}
 
    apple bird cat 链表中含有和对象apple相等的数据
    身高:170cm 体重:71
    身高:172cm 体重:56
    身高:185cm 体重:72
    身高:187cm 体重:82
    链表中含有和对象zhang相等的数据
 
洗牌和旋转
 
public static void shuffle(List<E> list) 随机排列list中的节点
 
static void rotate(List<E> list,int distance) 旋转链表中的节点 list为i的节点中的数据将是调用该方法前索引为i-distance) mod list.size()的节点中的数据。
 
public static void reverse(List<E> list) 翻转list中的数据
 
a b c d e 调用Collections.rotate(list,1) 之后 e b c d a,distance正值时,右转,负值,左转。
 
堆栈
 
堆栈是一种“后进先出”的数据结构,只能在一端进行输入和输出数据的操作。
 
使用java.util 包中的SStack<E>泛型类创建一个堆栈对象
 
public E push(E item)  压栈
 
public E pop() 出栈
 
public boolean empty() 判断是否有数据,有false,无true
 
public E peek() 获取栈顶端的数据,不能删除该数据
 
public int search (Object data) 获取数据在堆栈中的位置,最顶段为1,向下依次增加,不含此数据返回-1
 
堆栈是很灵活的数据结构,使用堆栈可以节省内存的开销。例如,递归是很消耗内存的算法,我们可以借助堆栈消除大部分递归,达到和递归算法同样的目的。Fibonacci整数序列是我们熟悉的一个递归序列,它的第n项是前两项的和,第一项和第二项是1。
 
示例
 
用堆栈输出Fibonacci递归序列对的若干项。
 
package com.堆栈;
 
import java.util.Stack;
 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        stack.push(new Integer(1));// first
        stack.push(new Integer(1));// second
        int k = 1;
        while (k <= 10) {
            for (int i = 1; i <= 2; i++) {
                Integer F1 = stack.pop();// second 后进向出
                int f1 = F1.intValue();
                Integer F2 = stack.pop();
                int f2 = F2.intValue();
                // System.out.println("F2:"+f2);
                Integer temp = new Integer(f1 + f2);
                System.out.println("" + temp.toString());
 
                stack.push(temp);
                stack.push(F2);
                k++;
            }
        }
    }
}
 
散列映射
 
HashMap <K,V >泛型类
 
HashMap<K,V>是实现了泛型接口Map<K,V>的泛型类,HashMap<K,V>泛型类的绝大部分方法都是Map<K,V>接口方法的实现。编程时,可以使用接口回调技术,即把HashMap<K,V>对象的引用赋值给Map<K,V>接口变量,那么接口变量就可以调用类实现的方法。
 
HashMap<K,V>对象采用散列表这种数据结构存储数据,习惯上称HashMap<K,V>对象为散列映射。
 
散列映射存储“键/值”对
自动增加容量
数组表和链表这两种结果,由于查找元素时不知道特定元素确定的位置,需要从头开始查找,最好用散列映射存储要查找的数据,散列映射可以减少查找的开销。
HashMap<String,Student> hashtable = new HashMap<String,Student>();
 
hashtable.put(K key,V value)//添加数据
 
常用方法
 
 public void clear() 清空散列映射
 public Object clone() 返回当前散列映射的一个克隆
 public int size() 返回散列映射的大小,即散列映射的键值对的个数
  .
  .
 
遍历散列映射
 
public Collection<V> values()方法返回一个实现Collection<V>接口类创建的对象,可以使用接口回调技术,即将该对象的引用给Collection<V>接口变量,该变量可以回调iterator()方法获取一个Iterator对象,这个Iterator对象存放着散列映射中所有的”键值”对中的值。
 
<todo>
 
word.txt
 
mountain 山 water 水 canvas 画 
fish 鱼 dog 狗 vehicle 车辆 decay 腐败
 
Scanner类读取
 
package com.散列映射;
 
import java.io.File;
import java.io.FileNotFoundException;
import java.util.Scanner;
 
public class TestCollection {
    public static void main(String[] args) {
        File file = new File("word.txt");
        try {
            Scanner sc = new Scanner(file);
            while (sc.hasNextLine()) { // 以空格作为分隔符
                String englishWord = sc.next();
                String chineseWord = sc.next();
                System.out.println(englishWord+" "+chineseWord);
            }
 
        } catch (FileNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
 
mountain 山
water 水
canvas 画
fish 鱼
dog 狗
vehicle 车辆
decay 腐败
 
基于散列映射的查询
 
示例
 
word.txt
 
mountain 山 water 水 canvas 画 
fish 鱼 dog 狗 vehicle 车辆 decay 腐败
 
package com.散列映射;
 
import java.io.File;
import java.util.HashMap;
import java.util.Scanner;
 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, String> hashtable;
        File file = new File("word.txt");
        ReadWord read = new ReadWord();
        hashtable = new HashMap<String, String>();
        read.putWordToHashMap(hashtable, file); // 读取word.txt里的数据,存到HashMap中
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);// 键盘输入
        System.out.println("输入要查询的英文单词:");
        while (scanner.hasNext()) { // scanner.hasNextLine()
            String englishWord = scanner.nextLine();
            /**
             * 获取键盘输入字符串 存到englishWord next()方法才将其后输入的空格键、Tab键或Enter键等视为分隔符或结束符
             * 获取不到空格 而nextLine()方法的结束符只是Enter键
             */
            if (englishWord.length() == 0)
                break;
            if (hashtable.containsKey(englishWord)) {
                String chineseWord = hashtable.get(englishWord);
                System.out.println(chineseWord);
            } else {
                System.out.println("没有此单词");
            }
            System.out.println("输入要查询的英文单词:");
        }
    }
}
 
class ReadWord {
    public void putWordToHashMap(HashMap<String, String> hashtable, File file) {
        try {
            Scanner sc = new Scanner(file);
            while (sc.hasNext()) { // 以空格作为分隔符
                String englishWord = sc.next();
                String chineseWord = sc.next();
                hashtable.put(englishWord, chineseWord);
            }
        } catch (Exception e) {
            // TODO: handle exception
        }
    }
}
 
输入要查询的英文单词:
dog
输入要查询的英文单词:
cat
没有此单词
输入要查询的英文单词:
mountain
输入要查询的英文单词:
 
树集
 
TreeSet<E>泛型类
 
TreeSet<E>类是实现Set<E>接口的类,它的大部分实现方法都是接口方法的实现。TreeSet<E>类创建的对象称作树集。树集采用树结构存储数据,树节点的数据会按存放的数据的“大小”顺序一层一层地依次排列,同层中从左到右从小到大递增排列,下一层的都比上一层小
 
TreeSet<String> mytree = new TreeSet<String>();
 
mytree.add("boy");
 
节点的大小关系
 
树集节点的排列和链表不同,不按添加的先后顺序排列。树集用add方法添加节点,节点会按其存放的数据的”大小“ 顺序一层一层地依次排列。
 
自定义的类,这里使用了Comparable<E>泛型接口中compareTo(E b)方法来比较大小
 
TreeSet类常用方法
 
    public boolean add(E o) 向树集添加节点,成功true
    public void clear() 删除树集中的所有节点
    public E first() 返回树集中第一个节点的数据(最小的节点)
    public boolean remove(Object o) 删除树集中的存储参数指定的对象的最小节点,成功true 
    .
    .
 
示例
 
package com.树集;
 
import java.util.Iterator;
import java.util.TreeSet;
 
public class MyTreeSet {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Student> mytree = new TreeSet<>();
        Student st1, st2, st3;
        st1 = new Student(178, "老霍");
        st2 = new Student(176, "胖子");
        st3 = new Student(158, "羊祯");
        mytree.add(st1);
        mytree.add(st2);
        mytree.add(st3);
        Iterator<Student> te = mytree.iterator();// 迭代器
        while (te.hasNext()) {
            Student stu = te.next();
            System.out.println("" + stu.name + " " + stu.height + " cm");// 按身高从矮到高
        }
    }
}
 
羊祯 158 cm
胖子 176 cm
老霍 178 cm
 
树映射
 
TreeMap<K,V>类实现了Map<K,V>接口,称TreeMap<K,V>对象为树映射。
 
public V put(K key,V value) //添加节点
 
树映射的节点存储”关键字/值“对,树映射保证节点是按照节点中的关键字升序排列的。
 
示例
 
使用TreeMap,分别按照学生的身高和体重排序节点。
 
package com.树映射;
 
import java.util.*;
 
class StudentKey implements Comparable<StudentKey> {
    double d = 0;
 
    public StudentKey(double d) {
        this.d = d;
    }
 
    @Override
    public int compareTo(StudentKey o) {
        if ((this.d - o.d) == 0) {
            return -1;
        }
        return (int) ((this.d - o.d) * 1000);
    }
 
}
 
class Student {
    String name = null;
    double weight, height;
 
    public Student(String name, double weight, double height) {
        super();
        this.name = name;
        this.weight = weight;
        this.height = height;
    }
}
 
public class MyTreeMap {
    public static void main(String[] args) {
        final int NUMBER = 3;
        TreeMap<StudentKey, Student> treemap = new TreeMap<>();
        String[] str = { "舒克", "贝塔", "坦克" };
        double[] weight = { 78, 67, 45 };
        double[] height = { 178, 156, 158 };
        Student[] student = new Student[NUMBER];
        for (int k = 0; k < student.length; k++) {
            student[k] = new Student(str[k], weight[k], height[k]);
        }
        StudentKey[] key = new StudentKey[NUMBER];
        for (int k = 0; k < key.length; k++) {
            key[k] = new StudentKey(student[k].weight);
        }
        for (int k = 0; k < student.length; k++) {
            treemap.put(key[k], student[k]);// 按体重排序
        }
        System.out.println("按体重排序:");
        Collection<Student> collection = treemap.values();
        Iterator<Student> iter = collection.iterator();
        while (iter.hasNext()) {
            Student stu = iter.next();
            System.out.println("姓名:" + stu.name + " 体重:" + stu.weight);
        }
        treemap.clear();
 
        for (int k = 0; k < key.length; k++) {
            key[k] = new StudentKey(student[k].height);
        }
        for (int k = 0; k < student.length; k++) {
            treemap.put(key[k], student[k]);// 按身高排序
        }
        System.out.println("按身高排序:");
        collection = treemap.values();
        iter = collection.iterator();
        while (iter.hasNext()) {
            Student stu = iter.next();
            System.out.println("姓名:" + stu.name + " 身高:" + stu.height);
        }
        treemap.clear();
    }
}
 
按体重排序:
姓名:坦克 体重:45.0
姓名:贝塔 体重:67.0
姓名:舒克 体重:78.0
按身高排序:
姓名:贝塔 身高:156.0
姓名:坦克 身高:158.0
姓名:舒克 身高:178.0