javaSE学习笔记(10)---List、Set

2020-02-12 16:02:35来源:博客园 阅读 ()

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javaSE学习笔记(10)---List、Set

javaSE学习笔记(10)---List、Set

1、数据存储的数据结构

常见的数据结构

数据存储的常用结构有:栈、队列、数组、链表和红黑树。

1、栈

  • stack,又称堆栈,它是运算受限的线性表,其限制是仅允许在标的一端进行插入和删除操作,不允许在其他任何位置进行添加、查找、删除等操作。

简单的说:采用该结构的集合,对元素的存取有如下的特点

  • 先进后出(即,存进去的元素,要在后它后面的元素依次取出后,才能取出该元素)。例如,子弹压进弹夹,先压进去的子弹在下面,后压进去的子弹在上面,当开枪时,先弹出上面的子弹,然后才能弹出下面的子弹。

  • 栈的入口、出口的都是栈的顶端位置。

  • 压栈:就是存元素。即,把元素存储到栈的顶端位置,栈中已有元素依次向栈底方向移动一个位置。
  • 弹栈:就是取元素。即,把栈的顶端位置元素取出,栈中已有元素依次向栈顶方向移动一个位置。

2、队列

  • 队列queue,简称队,它同堆栈一样,也是一种运算受限的线性表,其限制是仅允许在表的一端进行插入,而在表的另一端进行删除。

简单的说,采用该结构的集合,对元素的存取有如下的特点:

  • 先进先出(即,存进去的元素,要在后它前面的元素依次取出后,才能取出该元素)。例如,小火车过山洞,车头先进去,车尾后进去;车头先出来,车尾后出来。
  • 队列的入口、出口各占一侧。

3、数组

  • 数组:Array,是有序的元素序列,数组是在内存中开辟一段连续的空间,并在此空间存放元素。就像是一排出租屋,有100个房间,从001到100每个房间都有固定编号,通过编号就可以快速找到租房子的人。

简单的说,采用该结构的集合,对元素的存取有如下的特点:

  • 查找元素快:通过索引,可以快速访问指定位置的元素

  • 增删元素慢
    • 指定索引位置增加元素:需要创建一个新数组,将指定新元素存储在指定索引位置,再把原数组元素根据索引,复制到新数组对应索引的位置。
    • 指定索引位置删除元素:需要创建一个新数组,把原数组元素根据索引,复制到新数组对应索引的位置,原数组中指定索引位置元素不复制到新数组中。

4、链表

  • 链表:linked list,由一系列结点node(链表中每一个元素称为结点)组成,结点可以在运行时i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。我们常说的链表结构有单向链表与双向链表,那么这里介绍的是单向链表

简单的说,采用该结构的集合,对元素的存取有如下的特点:

  • 多个结点之间,通过地址进行连接。例如,多个人手拉手,每个人使用自己的右手拉住下个人的左手,依次类推,这样多个人就连在一起了。

  • 查找元素慢:想查找某个元素,需要通过连接的节点,依次向后查找指定元素

  • 增删元素快:

    • 增加元素:只需要修改连接下个元素的地址即可。

    • 删除元素:只需要修改连接下个元素的地址即可。

红黑树

  • 二叉树binary tree ,是每个结点不超过2的有序树(tree)

简单的理解,就是一种类似于我们生活中树的结构,只不过每个结点上都最多只能有两个子结点。

二叉树是每个节点最多有两个子树的树结构。顶上的叫根结点,两边被称作“左子树”和“右子树”。

我们要说的是二叉树的一种比较有意思的叫做红黑树,红黑树本身就是一颗二叉查找树,将节点插入后,该树仍然是一颗二叉查找树。也就意味着,树的键值仍然是有序的。

红黑树的约束:

  1. 节点可以是红色的或者黑色的

  2. 根节点是黑色的

  3. 叶子节点(特指空节点)是黑色的
  4. 每个红色节点的子节点都是黑色的
  5. 任何一个节点到其每一个叶子节点的所有路径上黑色节点数相同

红黑树的特点:

? 速度特别快,趋近平衡树,查找叶子元素最少和最多次数不多于二倍

2、List集合

我们掌握了Collection接口的使用后,再来看看Collection接口中的子类,主要学习Collection中的常用几个子类(java.util.List集合、java.util.Set集合)。

List接口

java.util.List接口继承自Collection接口,是单列集合的一个重要分支,习惯性地会将实现了List接口的对象称为List集合。在List集合中允许出现重复的元素,所有的元素是以一种线性方式进行存储的,在程序中可以通过索引来访问集合中的指定元素。另外,List集合还有一个特点就是元素有序,即元素的存入顺序和取出顺序一致。

List接口特点:

  1. 它是一个元素存取有序的集合。例如,存元素的顺序是11、22、33。那么集合中,元素的存储就是按照11、22、33的顺序完成的)。
  2. 它是一个带有索引的集合,通过索引就可以精确的操作集合中的元素(与数组的索引是一个道理)。
  3. 集合中可以有重复的元素,通过元素的equals方法,来比较是否为重复的元素。

注意:之前已经学习过List接口的子类java.util.ArrayList类,该类中的方法都是来自List中定义。

List接口中常用方法

List作为Collection集合的子接口,不但继承了Collection接口中的全部方法,而且还增加了一些根据元素索引来操作集合的特有方法,如下:

  • public void add(int index, E element): 将指定的元素,添加到该集合中的指定位置上。
  • public E get(int index):返回集合中指定位置的元素。
  • public E remove(int index): 移除列表中指定位置的元素, 返回的是被移除的元素。
  • public E set(int index, E element):用指定元素替换集合中指定位置的元素,返回值的更新前的元素。

List集合特有的方法都是跟索引相关,再来复习一遍吧:

public class ListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建List集合对象
        List<String> list = new ArrayList<String>();
        
        // 往 尾部添加 指定元素
        list.add("图图");
        list.add("小美");
        list.add("不高兴");
        
        System.out.println(list);
        // add(int index,String s) 往指定位置添加
        list.add(1,"没头脑");
        
        System.out.println(list);
        // String remove(int index) 删除指定位置元素  返回被删除元素
        // 删除索引位置为2的元素 
        System.out.println("删除索引位置为2的元素");
        System.out.println(list.remove(2));
        
        System.out.println(list);
        
        // String set(int index,String s)
        // 在指定位置 进行 元素替代(改) 
        // 修改指定位置元素
        list.set(0, "三毛");
        System.out.println(list);
        
        // String get(int index)  获取指定位置元素
        
        // 跟size() 方法一起用  来 遍历的 
        for(int i = 0;i<list.size();i++){
            System.out.println(list.get(i));
        }
        //还可以使用增强for
        for (String string : list) {
            System.out.println(string);
        }   
    }
}

3、List的子类

ArrayList集合

java.util.ArrayList集合数据存储的结构是数组结构。元素增删慢,查找快,由于日常开发中使用最多的功能为查询数据、遍历数据,所以ArrayList是最常用的集合。

许多程序员开发时非常随意地使用ArrayList完成任何需求,并不严谨,这种用法是不提倡的。

LinkedList集合

java.util.LinkedList集合数据存储的结构是链表结构。方便元素添加、删除的集合。

LinkedList是一个双向链表,那么双向链表是什么样子的呢,我们用个图了解下

实际开发中对一个集合元素的添加与删除经常涉及到首尾操作,而LinkedList提供了大量首尾操作的方法。这些方法作为了解即可:

  • public void addFirst(E e):将指定元素插入此列表的开头。
  • public void addLast(E e):将指定元素添加到此列表的结尾。
  • public E getFirst():返回此列表的第一个元素。
  • public E getLast():返回此列表的最后一个元素。
  • public E removeFirst():移除并返回此列表的第一个元素。
  • public E removeLast():移除并返回此列表的最后一个元素。
  • public E pop():从此列表所表示的堆栈处弹出一个元素。
  • public void push(E e):将元素推入此列表所表示的堆栈。
  • public boolean isEmpty():如果列表不包含元素,则返回true。

LinkedList是List的子类,List中的方法LinkedList都是可以使用,这里就不做详细介绍,我们只需要了解LinkedList的特有方法即可。在开发时,LinkedList集合也可以作为堆栈,队列的结构使用。(了解即可)

方法演示:

public class LinkedListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<String> link = new LinkedList<String>();
        //添加元素
        link.addFirst("abc1");
        link.addFirst("abc2");
        link.addFirst("abc3");
        System.out.println(link);
        // 获取元素
        System.out.println(link.getFirst());
        System.out.println(link.getLast());
        // 删除元素
        System.out.println(link.removeFirst());
        System.out.println(link.removeLast());

        while (!link.isEmpty()) { //判断集合是否为空
            System.out.println(link.pop()); //弹出集合中的栈顶元素
        }

        System.out.println(link);
    }
}

4、Set接口

java.util.Set接口和java.util.List接口一样,同样继承自Collection接口,它与Collection接口中的方法基本一致,并没有对Collection接口进行功能上的扩充,只是比Collection接口更加严格了。与List接口不同的是,Set接口中元素无序,并且都会以某种规则保证存入的元素不出现重复。

Set集合有多个子类,这里介绍其中的java.util.HashSetjava.util.LinkedHashSet这两个集合。

注意:Set集合取出元素的方式可以采用:迭代器、增强for。

HashSet集合介绍

java.util.HashSetSet接口的一个实现类,它所存储的元素是不可重复的,并且元素都是无序的(即存取顺序不一致)。java.util.HashSet底层的实现其实是一个java.util.HashMap支持。

HashSet是根据对象的哈希值来确定元素在集合中的存储位置,因此具有良好的存取和查找性能。保证元素唯一性的方式依赖于:hashCodeequals方法。

先来使用一下Set集合存储,看下现象,再进行原理的讲解:

public class HashSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //创建 Set集合
        HashSet<String>  set = new HashSet<String>();

        //添加元素
        set.add(new String("cba"));
        set.add("abc");
        set.add("bac"); 
        set.add("cba");  
        //遍历
        for (String name : set) {
            System.out.println(name);
        }
    }
}

输出结果如下,说明集合中不能存储重复元素:

cba
abc
bac

tips:根据结果我们发现字符串"cba"只存储了一个,也就是说重复的元素set集合不存储。

HashSet集合存储数据的结构(哈希表)

什么是哈希表呢?

JDK1.8之前,哈希表底层采用数组+链表实现,即使用链表处理冲突,同一hash值的链表都存储在一个链表里。但是当位于一个桶中的元素较多,即hash值相等的元素较多时,通过key值依次查找的效率较低。而JDK1.8中,哈希表存储采用数组+链表+红黑树实现,当链表长度超过阈值(8)时,将链表转换为红黑树,这样大大减少了查找时间。

简单的来说,哈希表是由数组+链表+红黑树(JDK1.8增加了红黑树部分)实现的,如下图所示。

看到这张图就有人要问了,这个是怎么存储的呢?

为了方便理解我结合一个存储流程图来说明一下:

总而言之,JDK1.8引入红黑树大程度优化了HashMap的性能,那么对于我们来讲保证HashSet集合元素的唯一,其实就是根据对象的hashCode和equals方法来决定的。如果我们往集合中存放自定义的对象,那么保证其唯一,就必须复写hashCode和equals方法建立属于当前对象的比较方式。

HashSet存储自定义类型元素

给HashSet中存放自定义类型元素时,需要重写对象中的hashCode和equals方法,建立自己的比较方式,才能保证HashSet集合中的对象唯一

创建自定义Student类

public class Student {
    private String name;
    private int age;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o)
            return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass())
            return false;
        Student student = (Student) o;
        return age == student.age &&
               Objects.equals(name, student.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(name, age);
    }
}
public class HashSetDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建集合对象   该集合中存储 Student类型对象
        HashSet<Student> stuSet = new HashSet<Student>();
        //存储 
        Student stu = new Student("于谦", 43);
        stuSet.add(stu);
        stuSet.add(new Student("郭德纲", 44));
        stuSet.add(new Student("于谦", 43));
        stuSet.add(new Student("郭麒麟", 23));
        stuSet.add(stu);

        for (Student stu2 : stuSet) {
            System.out.println(stu2);
        }
    }
}
执行结果:
Student [name=郭德纲, age=44]
Student [name=于谦, age=43]
Student [name=郭麒麟, age=23]

LinkedHashSet

我们知道HashSet保证元素唯一,可是元素存放进去是没有顺序的,那么我们要保证有序,怎么办呢?

在HashSet下面有一个子类java.util.LinkedHashSet,它是链表和哈希表组合的一个数据存储结构。

演示代码如下:

public class LinkedHashSetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Set<String> set = new LinkedHashSet<String>();
        set.add("bbb");
        set.add("aaa");
        set.add("abc");
        set.add("bbc");
        Iterator<String> it = set.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            System.out.println(it.next());
        }
    }
}
结果:
  bbb
  aaa
  abc
  bbc

可变参数

JDK1.5之后,如果我们定义一个方法需要接受多个参数,并且多个参数类型一致,我们可以对其简化成如下格式:

修饰符 返回值类型 方法名(参数类型... 形参名){  }

其实这个书写完全等价与

修饰符 返回值类型 方法名(参数类型[] 形参名){  }

只是后面这种定义,在调用时必须传递数组,而前者可以直接传递数据即可。

JDK1.5以后。出现了简化操作。... 用在参数上,称之为可变参数。

同样是代表数组,但是在调用这个带有可变参数的方法时,不用创建数组(这就是简单之处),直接将数组中的元素作为实际参数进行传递,其实编译成的class文件,将这些元素先封装到一个数组中,在进行传递。这些动作都在编译.class文件时,自动完成了。

代码演示:

public class ChangeArgs {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = { 1, 4, 62, 431, 2 };
        int sum = getSum(arr);
        System.out.println(sum);
        //  6  7  2 12 2121
        // 求 这几个元素和 6  7  2 12 2121
        int sum2 = getSum(6, 7, 2, 12, 2121);
        System.out.println(sum2);
    }

    /*
     * 完成数组  所有元素的求和 原始写法
     
      public static int getSum(int[] arr){
        int sum = 0;
        for(int a : arr){
            sum += a;
        }
        
        return sum;
      }
    */
    //可变参数写法
    public static int getSum(int... arr) {
        int sum = 0;
        for (int a : arr) {
            sum += a;
        }
        return sum;
    }
}

tips: 上述add方法在同一个类中,只能存在一个。因为会发生调用的不确定性

注意:如果在方法书写时,这个方法拥有多参数,参数中包含可变参数,可变参数一定要写在参数列表的末尾位置。

Collections

常用功能

  • java.utils.Collections是集合工具类,用来对集合进行操作。部分方法如下:

  • public static <T> boolean addAll(Collection<T> c, T... elements):往集合中添加一些元素。
  • public static void shuffle(List<?> list) 打乱顺序:打乱集合顺序。
  • public static <T> void sort(List<T> list):将集合中元素按照默认规则排序。
  • public static <T> void sort(List<T> list,Comparator<? super T> ):将集合中元素按照指定规则排序。

代码演示:

public class CollectionsDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        //原来写法
        //list.add(12);
        //list.add(14);
        //list.add(15);
        //list.add(1000);
        //采用工具类 完成 往集合中添加元素  
        Collections.addAll(list, 5, 222, 1,2);
        System.out.println(list);
        //排序方法 
        Collections.sort(list);
        System.out.println(list);
    }
}
结果:
[5, 222, 1, 2]
[1, 2, 5, 222]

代码演示之后 ,发现我们的集合按照顺序进行了排列,可是这样的顺序是采用默认的顺序,如果想要指定顺序那该怎么办呢?

我们发现还有个方法没有讲,public static <T> void sort(List<T> list,Comparator<? super T> ):将集合中元素按照指定规则排序。接下来讲解一下指定规则的排列。

Comparator比较器

还是先研究这个方法

public static <T> void sort(List<T> list):将集合中元素按照默认规则排序。

不过这次存储的是字符串类型。

public class CollectionsDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String>  list = new ArrayList<String>();
        list.add("cba");
        list.add("aba");
        list.add("sba");
        list.add("nba");
        //排序方法
        Collections.sort(list);
        System.out.println(list);
    }
}

结果:

[aba, cba, nba, sba]

我们使用的是默认的规则完成字符串的排序,那么默认规则是怎么定义出来的呢?

说到排序了,简单的说就是两个对象之间比较大小,那么在JAVA中提供了两种比较实现的方式,一种是比较死板的采用java.lang.Comparable接口去实现,一种是灵活的当我需要做排序的时候在去选择的java.util.Comparator接口完成。

那么我们采用的public static <T> void sort(List<T> list)这个方法完成的排序,实际上要求了被排序的类型需要实现Comparable接口完成比较的功能,在String类型上如下:

public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {

String类实现了这个接口,并完成了比较规则的定义,但是这样就把这种规则写死了,那比如我想要字符串按照第一个字符降序排列,那么这样就要修改String的源代码,这是不可能的了,那么这个时候我们可以使用

public static <T> void sort(List<T> list,Comparator<? super T> )方法灵活的完成,这个里面就涉及到了Comparator这个接口,位于位于java.util包下,排序是comparator能实现的功能之一,该接口代表一个比较器,比较器具有可比性!顾名思义就是做排序的,通俗地讲需要比较两个对象谁排在前谁排在后,那么比较的方法就是:

  • public int compare(String o1, String o2):比较其两个参数的顺序。

    两个对象比较的结果有三种:大于,等于,小于。

    如果要按照升序排序,
    则o1 小于o2,返回(负数),相等返回0,01大于02返回(正数)
    如果要按照降序排序
    则o1 小于o2,返回(正数),相等返回0,01大于02返回(负数)

操作如下:

public class CollectionsDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("cba");
        list.add("aba");
        list.add("sba");
        list.add("nba");
        //排序方法  按照第一个单词的降序
        Collections.sort(list, new Comparator<String>() {
            @Override
            public int compare(String o1, String o2) {
                return o2.charAt(0) - o1.charAt(0);
            }
        });
        System.out.println(list);
    }
}

结果如下:

[sba, nba, cba, aba]

Comparable和Comparator两个接口的区别

Comparable:强行对实现它的每个类的对象进行整体排序。这种排序被称为类的自然排序,类的compareTo方法被称为它的自然比较方法。只能在类中实现compareTo()一次,不能经常修改类的代码实现自己想要的排序。实现此接口的对象列表(和数组)可以通过Collections.sort(和Arrays.sort)进行自动排序,对象可以用作有序映射中的键或有序集合中的元素,无需指定比较器。

Comparator强行对某个对象进行整体排序。可以将Comparator 传递给sort方法(如Collections.sort或 Arrays.sort),从而允许在排序顺序上实现精确控制。还可以使用Comparator来控制某些数据结构(如有序set或有序映射)的顺序,或者为那些没有自然顺序的对象collection提供排序。

练习

创建一个学生类,存储到ArrayList集合中完成指定排序操作。

Student 初始类

public class Student{
    private String name;
    private int age;

    public Student() {
    }

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
               "name='" + name + '\'' +
               ", age=" + age +
               '}';
    }
}

测试类:

public class Demo {

    public static void main(String[] args) {
        // 创建四个学生对象 存储到集合中
        ArrayList<Student> list = new ArrayList<Student>();

        list.add(new Student("rose",18));
        list.add(new Student("jack",16));
        list.add(new Student("abc",16));
        list.add(new Student("ace",17));
        list.add(new Student("mark",16));


        /*
          让学生 按照年龄排序 升序
         */
//        Collections.sort(list);//要求 该list中元素类型  必须实现比较器Comparable接口


        for (Student student : list) {
            System.out.println(student);
        }


    }
}

发现,当我们调用Collections.sort()方法的时候 程序报错了。

原因:如果想要集合中的元素完成排序,那么必须要实现比较器Comparable接口。

于是我们就完成了Student类的一个实现,如下:

public class Student implements Comparable<Student>{
    ....
    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        return this.age-o.age;//升序
    }
}

再次测试,代码就OK 了效果如下:

Student{name='jack', age=16}
Student{name='abc', age=16}
Student{name='mark', age=16}
Student{name='ace', age=17}
Student{name='rose', age=18}

扩展

如果在使用的时候,想要独立的定义规则去使用 可以采用Collections.sort(List list,Comparetor c)方式,自己定义规则:

Collections.sort(list, new Comparator<Student>() {
    @Override
    public int compare(Student o1, Student o2) {
        return o2.getAge()-o1.getAge();//以学生的年龄降序
    }
});

效果:

Student{name='rose', age=18}
Student{name='ace', age=17}
Student{name='jack', age=16}
Student{name='abc', age=16}
Student{name='mark', age=16}

如果想要规则更多一些,可以参考下面代码:

Collections.sort(list, new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student o1, Student o2) {
                // 年龄降序
                int result = o2.getAge()-o1.getAge();//年龄降序

                if(result==0){//第一个规则判断完了 下一个规则 姓名的首字母 升序
                    result = o1.getName().charAt(0)-o2.getName().charAt(0);
                }

                return result;
            }
        });

效果如下:

Student{name='rose', age=18}
Student{name='ace', age=17}
Student{name='abc', age=16}
Student{name='jack', age=16}
Student{name='mark', age=16}

原文链接:https://www.cnblogs.com/xjtu-lyh/p/12301378.html
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