课时93 | 集合框架：Java如何用接口和类玩转数据结构（上）

1.集合框架：

• 框架是一个类库的集合，集合框架就是一个用来表示和操作集合的统一的架构，它包含了实现集合的接口与类
• 集合框架中不同的集合类有各自不同的数据结构，所以在使用中要根据应用的性能要求来选择不同的集合类
• 集合类存放在java.util包中，今后会大量使用集合类和相关接口

2.主要接口集：

文章（上）主要讲接口collection下面的子接口功能，其中List接口下的Vector略

2.1 Iterable：迭代器接口

• 实现该接口允许对象成为“foreach”语句（增强for循环）的目标，即该集合对象允许迭代。
• 类集接口Collection是Iterable的子接口，所以所有类集对象可以迭代访问，而映射Map不行
• 构造方法：Iterator iterator() //返回一个在一组T类型的元素上进行迭代的迭代器
• 方法摘要：
  
  • boolean hasNext() // 如果仍有元素可以迭代，则返回 true。
  • E next() //返回迭代的下一个元素。
  • void remove() //从迭代器指向的 collection 中移除迭代器返回的最后一个元素（可选操作）。
• 迭代器Iterator实现了Iterator/ListIterator接口的类的对象，可以通过遍历类集，访问操作其中的每个元素
• ListIterator扩展了父接口Iterator，允许双向遍历，并可以修改和删除元素

2.2 Collection：类集接口

• Collection 表示一组对象，这些对象也称为 collection 的元素。
• JDK 不提供此接口的任何直接 实现：它提供更具体的子接口（如 Set 和 List）实现。
• 此接口通常用来传递 collection，并在需要最大普遍性的地方操作这些 collection。 方法名（Collection c）
• 方法摘要
  
  • int size() //返回此 collection 中的元素数。 - Object[] toArray() 返回包含此 collection 中所有元素的数组。
  • Iterator iterator() //返回在此 collection 的元素上进行迭代的迭代器。
  • boolean containsAll(Collection c) //如果此 collection 包含指定 collection 中的所有元素，则返回 true。
  • boolean add(E e) //确保此 collection 包含指定的元素
  • boolean addAll(Collection c) // 将指定 collection 中的所有元素都添加到此 collection 中
  • void clear() //移除此 collection 中的所有元素
  • boolean remove(Object o) // 从此 collection 中移除指定元素的单个实例，如果存在的话（可选操作）。
  • boolean removeAll(Collection c) // 移除此 collection 中那些也包含在指定 collection 中的所有元素（可选操作）。
  • boolean retainAll(Collection c) //仅保留此 collection 中那些也包含在指定 collection 的元素（可选操作）。
  • boolean contains(Object o) //如果此 collection 包含指定的元素，则返回 true。
  • boolean isEmpty() //如果此 collection 不包含元素，则返回 true。
  • boolean equals(Object o) //比较此 collection 与指定对象是否相等。
  • T[] toArray(T[] a) //返回包含此 collection 中所有元素的数组；返回数组的运行时类型与指定数组的运行时类型相同。
  • boolean isEmpty() //如果此 collection 不包含元素，则返回 true。
  • int hashCode() //返回此 collection 的哈希码值。

        int hashCode = 1;      Iterator<E> i = list.iterator();      while (i.hasNext()) {          E obj = i.next();          hashCode = 31*hashCode + (obj==null ? 0 : obj.hashCode());      }

2.3 List：列表接口

List容器是有序的collection。此接口的用户可以对List容器中每个元素的插入值进行精确地控制，用户可以根据元素的整数索引（在列表中的值位置）访问元素，并搜索列表中的元素。List容器允许插入重复的值，包括Null

• List扩展了Collection，特点：有序且可重复的
• List 接口提供了 4 种对列表元素进行定位（索引）访问方法。列表（像 Java 数组一样）是基于 0 的
• List 接口提供了特殊的迭代器，称为 ListIterator，除了允许 Iterator 接口提供的正常操作外，该迭代器还允许元素插入和替换，以及双向访问。还提供了一个方法来获取从列表中指定位置开始的列表迭代器。
• List 接口提供了两种搜索指定对象的方法。从性能的观点来看，应该小心使用这些方法。在很多实现中，它们将执行高开销的线性搜索。
• List 接口提供了两种在列表的任意位置高效插入和移除多个元素的方法。
• List从collection扩展的接口方法：
  
  • ListIterator listIterator()// 返回此列表元素的列表迭代器（按适当顺序）。
  • ListIterator listIterator(int index) // 返回列表中元素的列表迭代器（按适当顺序），从列表的指定位置开始。指定的索引表示 next 的初始调用所返回的第一个元素。previous 方法的初始调用将返回索引比指定索引少 1 的元素。
  • Object[] toArray()//返回按适当顺序包含列表中的所有元素的数组（从第一个元素到最后一个元素）。 由于此列表不维护对返回数组的任何引用，因而它将是“安全的”。（换句话说，即使数组支持此列表，此方法也必须分配一个新数组）。因此，调用者可以随意修改返回的数组。
  • boolean containsAll(Collection c)//如果列表包含指定 collection 的所有元素，则返回 true。
  • boolean addAll(int index,Collection c)将指定 collection 中的所有元素都插入到列表中的指定位置（可选操作）。将当前处于该位置的元素（如果有的话）和所有后续元素向右移动（增加其索引）。
  • void add(int index,E element) //在列表的指定位置插入指定元素（可选操作）。将当前处于该位置的元素（如果有的话）和所有后续元素向右移动（在其索引中加 1）。
  • E remove(int index) //移除列表中指定位置的元素（可选操作）。将所有的后续元素向左移动（将其索引减 1）。返回从列表中移除的元素。
  • E get(int index) //返回列表中指定位置的元素。
  • E set(int index,E element) //用指定元素替换列表中指定位置的元素（可选操作）。
  • int indexOf(Object o) //返回此列表中第一次出现的指定元素的索引；如果此列表不包含该元素，则返回 -1
  • int lastIndexOf(Object o)// 返回此列表中最后出现的指定元素的索引；如果列表不包含此元素，则返回 -1。
  • List subList(int fromIndex,int toIndex)// 返回列表中指定的 fromIndex（包括 ）和 toIndex（不包括）之间的部分视图。（如果 fromIndex 和 toIndex 相等，则返回的列表为空）。

2.4 Queue：队列接口

除了基本的 Collection 操作外，队列还提供其他的插入、提取和检查操作。每个方法都存在两种形式：一种抛出异常（操作失败时），另一种返回一个特殊值（null 或 false，具体取决于操作）。插入操作的后一种形式是用于专门为有容量限制的 Queue 实现设计的；在大多数实现中，插入操作不会失败。

• Queue 实现通常不允许插入 null 元素，尽管某些实现（如 LinkedList）并不禁止插入 null。即使在允许 null 的实现中，也不应该将 null 插入到 Queue 中
• Queue 实现通常未定义 equals 和 hashCode 方法的基于元素的版本，而是从 Object 类继承了基于身份的版本
• 方法摘要：
  
  
  • boolean add(E e) // 将指定的元素插入队尾（如果立即可行且不会违反容量限制），在成功时返回 true，如果当前没有可用的空间，则抛出 IllegalStateException。
  • boolean offer(E e) // 将指定的元素插入此队列（如果立即可行且不会违反容量限制），当使用有容量限制的队列时，此方法通常要优于 add(E)
  • E remove() //获取并移除此队列的头。此方法与 poll 唯一的不同在于：此队列为空时将抛出一个异常。
  • E pool() //获取并移除此队列的头，如果此队列为空，则返回 null。
  • E element() // 获取，但是不移除此队列的头。此方法与 peek 唯一的不同在于：此队列为空时将抛出一个异常。
  • E peek() // 获取但不移除此队列的头；如果此队列为空，则返回 null。

2.5 Deque：双端队列接口

一个线性 collection，支持在两端插入和移除元素。名称 deque 是“double ended
queue（双端队列）”的缩写，通常读为“deck”。大多数 Deque

• Deque支持在队头入元素，在队尾出元素，方法个数是Queue的两倍

• 其中的六种方法与Deque的方法完全等效
  

• 其余的六种方法可以实现栈操作（后进先出），完全等效于Stack类的方法，在实现堆栈的数据结构中，应优先使用Deque接口而不是Stack类：
  

• 虽然 Deque 实现没有严格要求禁止插入 null 元素，但建议最好这样做。
• Deque 实现通常不定义基于元素的 equals 和 hashCode 方法，而是从 Object 类继承基于身份的 equals 和 hashCode 方法。
• 迭代器方法：
  
  • Iterator iterator() //返回以正序在此双端队列的元素上进行迭代的迭代器。
  • Iterator descendingIterator //返回以逆向顺序在此双端队列的元素上进行迭代的迭代器。
• 扩展方法：
  
  • boolean removeFirstOccurrence(Object o) //从队列移除第一次出现的指定元素
  • boolean removeLaseOccurrence(Object 0) //从队列移除最后一次出现的指定元素
• 在处理队列操作时，尽量用offer()，poll()，peak()方法而不是,add()，remove()，element()。
  在后续做条件判断时，null是一个很好的边界值。

2.6 数据结构的顺序存储VS链式存储

上过数据结构课程的同学应该对上面提到了两种方式不会陌生，看到这里，很显然我们能得到下面的结论：

不同的容器有不同的数据结构，不同的数据结构操作的性能是不一样的
接口Queue和接口Deque实现链表容器，适合：插入，删除
接口List和接口ArrayList实现顺序表容器，适合：查询

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参考资料：Java集合框架——接口