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集合框架

• 集合框架是Java以类库的形式提供了用户开发程序时可直接使用的各种数据结构。
• 数据结构：以某种形式将数据组织在一起，不仅支持存储数据，还支持访问和处理数据。
• 在面向对象思想里，一种数据结构被认为是一个容器（集合）。
• Java集合框架提供了一些现成的数据结构可供使用，这些数据结构是可以存储对象的集合，在这里对象也称为元素。
• Java集合框架由两种类型构成：
      1️⃣Collection，用于存放一组对象。
      2️⃣Map ，用于存放一组“关键字/值”的对象。
  

1. 基本操作
   boolean add(E e)：向集合中添加元素e
   boolean remove(Object o)：从集合中删除指定的元素o
   boolean contains(Object o)：返回集合中是否包含指定元素
   boolean isEmpty()：判空
   int size()：返回集合中所包含元素的个数
   Iterator iterator()：返回包含所有元素的迭代器对象
2. 批量操作
   boolean addAll(Collection<? extends E> c) 功能：将集合c中的所有元素添加到当前集合中 boolean removeAll(Collection<?> c)
   功能：从当前集合中删除集合c中的所有元素
   default boolean removeIf(Predicate<? super E> filter)
   功能：从当前集合中删除满足谓词的所有元素
3. 数组操作
   Object[] toArray() ：用来返回包含集合中所有元素的Object型数组
   eg: Object[] a = c.toArray();
   T[] toArray(T[] a)：用来返回包含集合中所有元素的指定类型的数组
   eg: String[] a = c.toArray(new String[0]);
4. 流（Stream）操作
   default Stream stream()
   功能：以当前集合作为源返回一个顺序Stream对象
   default Stream parallelStream()
   功能：以当前集合作为源返回一个并行Stream对象

List接口及实现类

• 列表接口List是Collection的子接口，它是一种包含有序元素的线性表，其中的元素可重复，也可以是空值null。
• 存放在List中的元素有一个下标（从0开始），可通过下标访问List中的元素。
• 

List的操作

• 因为List接口为Collection的子接口，所以List接口拥有Collection接口提供的所有常用方法。
• List是列表类型，它还提供了一些适合于自身的常用方法，如下页表所示。

方 法 名 称	功 能 简 介
void add(int index, E obj)	用来向列表的指定索引位置添加对象，其他对象的索引位置相对后移一位。索引位置从0开始
E remove(int index)	用来清除列表中指定索引位置的对象
E set(int index, E obj)	用来将列表中指定索引位置的对象修改为指定的对象
E get(int index)	用来获得指定索引位置的对象
int indexOf(Object obj)	用来获得指定对象的第一个索引位置。当不存在时，返回-1
int lastIndexOf(Object obj)	用来获得指定对象的最后一个索引位置。当不存在时，返回-1
List <?> subList(int from, int to)	返回从from（包含）到to（不包含）的一个List列表
listIterator()	用来获得一个包含所有对象的ListIterator型实例

ArrayList类

• List接口的常用实现类有ArrayList和LinkedList，在使用线性表时，通常情况下声明为List类型，实例化时根据实际情况的需要，实例化为ArrayList或LinkedList。
• 例如：

// 利用ArrayList类实例化List
List<String> list1 = new ArrayList<String>();  
// 利用LinkedList类实例化List
List<String> list2 = new LinkedList<String>(); 

• ArrayList类是通过数组实现的集合对象，它实际上实现了一个变长的对象数组，元素可以动态的增加和删除。
• 数组结构的优点是便于对列表进行快速的随机访问， 如果经常需要根据索引位置访问集合中的对象，使用ArrayList类实现的列表的效率较高。
• 数组结构的缺点是向指定索引位置插入对象、删除指定索引位置对象的速度较慢。
• 当在指定索引位置插入对象时，会将指定索引位置及其后的所有元素相应地向后移动一位，如下图所示:
  
• 当删除指定索引位置的对象时，会将指定索引位置之后的所有元素相应地向前移动一位，如下图所示:
• 进行插入、删除操作时，如果在指定的索引位置之后有大量的对象，将严重影响对集合的操作效率。
• ArrayList类的构造方法

public ArrayList()：创建初始容量为10的空数组列表
public ArrayList(int i)：创建初始容量为i的空数组列表
public ArrayList(Collection c)：创建包含容器c中所有元素的数组列表

实战演练

例：TestArrayList.java

import java.util.ArrayList;
public class TestArrayList {
public static void main(String[] args) {
   ArrayList<String> cityList = new ArrayList<>();
   //add some cities in the list
   cityList.add("Beijing");
   //cityList now contains[Beijing]
   cityList.add("London");
   //cityList now contains[Beijing,London]
   cityList.add("Shanghai");
   //cityList now contains[Beijing,London,Shanghai]
   cityList.add(" Beijing");
   //cityList now contains[Beijing,London,Shanghai, Beijing]
   cityList.add("Taiyuan");
   //cityList now contains[Beijing,London,Shanghai, Beijing,Taiyuan]
   System.out.println("List size="+cityList.size());
   System.out.println("Is Taiyuan in the list?"+cityList.contains("Taiyuan"));
   System.out.println("The location of Shanghai in the list?"+cityList.indexOf("Shanghai"));
   System.out.println("Is the list empty?"+cityList.isEmpty());
   cityList.add(2, "Xian");  // [Beijing,London,Xian,Shanghai, Beijing,Taiyuan]
   cityList.remove(“Shanghai"); // [Beijing,London,Xian,Beijing,Taiyuan]
   cityList.remove(1); // [Beijing,Xian,Beijing,Taiyuan]
   System.out.println(cityList.toString());  
   for(int i=cityList.size()-1;i>=0;i--)
	System.out.print(cityList.get(i)+" ");
   }
}

遍历集合元素

• 对集合中元素访问时，经常需要按某种次序对每一个元素访问且仅访问一次，这就是遍历，也称迭代。
• 对集合元素遍历有如下4种方式：
  a.简单的for循环

   for(int i=0; i<array.size(); i++) String o = array.get(i);

b.增强的for循环

    for(String elm：array)  System.out.println(elm)

c.Iterator迭代器对象
d.ListIterator迭代器对象

c.Iterator迭代器对象

• 每个实现Collection接口的容器对象都可调用iterator()方法返回一个Iterator对象，称为迭代器对象。
• 接口Iterator支持对List对象的从前向后的遍历，该接口定义了3个方法。
• 1）boolean hasNext()：返回迭代器是否有下一个元素
  2）E next()： 返回下一个元素
  3）void remove()：删除迭代器中的当前元素

Iterator iterator = array.iterator(); //得到迭代器对象
while(iterator.hasNext())
      System.out.println(iterator.next());

               

for(Iterator iterator = array.iterator(); iterator.hasNext();)
      System.out.println(iterator.next());

d.ListIterator迭代器对象

• 通过List接口提供的listIterator()方法可以返回ListIterator对象，它支持对线性表双向遍历。
• ListIterator是Iterator的子接口，不但继承了Iterator接口中的方法，还定义了多个方法。

boolean hasNext() ：返回是否还有下一个元素
boolean hasPrevious() ：返回是否还有前一个元素
E next()：返回下一个元素
E previous()：返回前一个元素
int nextIndex()：返回下一个元素的索引
int previousIndex()：返回前一个元素的索引
void add(E o)：当前位置插入一个元素
void remove()：删除当前元素
void set(E o)：修改当前元素

实战演练

例：使用ListIterator对象实现反向输出线性表中的元素。

import java.util.*;
public class IteratorDemo{
    public static void main(String[] args) {
         List<String> myList = new ArrayList<String>();
     myList.add("one");
     myList.add("two");
     myList.add("three");
     myList.add("four");
     ListIterator<String> iterator = myList.listIterator();
      // 将迭代器指针移动到线性表末尾
     while(iterator.hasNext()){
                   iterator.next();
              }
              // 从后向前访问线性表的每个元素
              while (iterator.hasPrevious())
                   System.out.println(iterator.previous());
     }
}

数组转换为List对象

• java.util.Arrays类提供了一个asList()方法，它将数组转换成List对象，定义如下：

public static <T> List<T> asList(T… a)参数可以为数组，可以是数组元素
String[] str = {"one", "two", "three"};
List<String> list = Arrays.asList(str);
List<String> list = Arrays.asList("one", "two", "three");

• Arrays.asList()方法返回的List对象不可变。若要对该List对象进行添加、删除等操作，可以将其作为参数传递给另一个List的构造方法。

List<String> list1 = new ArrayList<>(list);

综合实例

编写程序，实现一个对象栈类MyStack，要求使用ArrayList类实现该栈，该栈类的UML图如下所示。

import java.util.ArrayList;  
import java.util.List;  
  
public class MyStack<T> {  
    private List<T> list;  
  
    // 构造函数  
    public MyStack() {  
        list = new ArrayList<>();  
    }  
  
    // 判断栈是否为空  
    public boolean isEmpty() {  
        return list.isEmpty();  
    }  
  
    // 返回栈的大小  
    public int getSize() {  
        return list.size();  
    }  
  
    // 返回栈顶元素但不移除  
    public T peek() {  
        if (isEmpty()) {  
            throw new IllegalStateException("Stack is empty");  
        }  
        return list.get(list.size() - 1);  
    }  
  
    // 弹出栈顶元素  
    public T pop() {  
        if (isEmpty()) {  
            throw new IllegalStateException("Stack is empty");  
        }  
        return list.remove(list.size() - 1);  
    }  
  
    // 元素入栈  
    public void push(T t) {  
        list.add(t);  
    }  
  
    // 元素查找方法，返回元素在栈中的位置（从栈底开始计数，即第一个元素位置为0），如果未找到则返回-1  
    public int search(T t) {  
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {  
            if (list.get(i).equals(t)) {  
                return i; // 注意这里返回的是从栈底开始的位置  
            }  
        }  
        return -1; // 未找到  
    }  
  
    // 可选：打印栈内容（用于调试）  
    public void printStack() {  
        System.out.println("Stack content (bottom to top):");  
        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {  
            System.out.println(list.get(i));  
        }  
    }  
  
    // 主函数，用于测试MyStack类  
    public static void main(String[] args) {  
        MyStack<Integer> stack = new MyStack<>();  
        stack.push(1);  
        stack.push(2);  
        stack.push(3);  
  
        System.out.println("Stack size: " + stack.getSize());  
        System.out.println("Top element: " + stack.peek());  
        System.out.println("Popped element: " + stack.pop());  
        System.out.println("Element 2 position: " + stack.search(2));  
  
        stack.printStack();  
    }  
}

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