第十一部分 Java 数据结构及集合
11.1 Java 数据结构
Java 提供了丰富的数据结构来处理和组织数据。
Java 的 java.util 包中提供了许多这些数据结构的实现，可以根据需要选择合适的类。
以下是一些常见的 Java 数据结构：
11.1.1 数组（Arrays）
数组（Arrays）是一种基本的数据结构，可以存储固定大小的相同类型的元素。
int[] array = new int[5];
- 特点： 固定大小，存储相同类型的元素。
- 优点： 随机访问元素效率高。
- 缺点： 大小固定，插入和删除元素相对较慢。
11.1.2 列表（Lists）
Java 提供了多种列表实现，如 ArrayList 和 LinkedList。
List<String> arrayList = new ArrayList<>();
List<Integer> linkedList = new LinkedList<>();
ArrayList:
- 特点： 动态数组，可变大小。
- 优点： 高效的随机访问和快速尾部插入。
- 缺点： 中间插入和删除相对较慢。
LinkedList:
- 特点： 双向链表，元素之间通过指针连接。
- 优点： 插入和删除元素高效，迭代器性能好。
- 缺点： 随机访问相对较慢。
11.1.3 集合（Sets）
集合（Sets）用于存储不重复的元素，常见的实现有 HashSet 和 TreeSet。
Set<String> hashSet = new HashSet<>();
Set<Integer> treeSet = new TreeSet<>();
HashSet:
- 特点： 无序集合，基于HashMap实现。
- 优点： 高效的查找和插入操作。
- 缺点： 不保证顺序。
TreeSet:
- **特点：**TreeSet 是有序集合，底层基于红黑树实现，不允许重复元素。
- 优点： 提供自动排序功能，适用于需要按顺序存储元素的场景。
- 缺点： 性能相对较差，不允许插入 null 元素。
11.1.4 映射（Maps）
映射（Maps）用于存储键值对，常见的实现有 HashMap 和 TreeMap。
Map<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
Map<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>();
HashMap:
- 特点： 基于哈希表实现的键值对存储结构。
- 优点： 高效的查找、插入和删除操作。
- 缺点： 无序，不保证顺序。
TreeMap:
- 特点： 基于红黑树实现的有序键值对存储结构。
- 优点： 有序，支持按照键的顺序遍历。
- 缺点： 插入和删除相对较慢。
11.1.5 栈（Stack）
栈（Stack）是一种线性数据结构，它按照后进先出（Last In, First Out，LIFO）的原则管理元素。在栈中，新元素被添加到栈的顶部，而只能从栈的顶部移除元素。这就意味着最后添加的元素是第一个被移除的。
Stack<Integer> stack = new Stack<>();
Stack 类:
- 特点： 代表一个栈，通常按照后进先出（LIFO）的顺序操作元素。
11.1.6 队列（Queue）
队列（Queue）遵循先进先出（FIFO）原则，常见的实现有 LinkedList 和 PriorityQueue。
Queue<String> queue = new LinkedList<>();
Queue 接口:
- 特点： 代表一个队列，通常按照先进先出（FIFO）的顺序操作元素。
- 实现类： LinkedList, PriorityQueue, ArrayDeque。
11.1.7 堆（Heap）
堆（Heap）优先队列的基础，可以实现最大堆和最小堆。
PriorityQueue<Integer> minHeap = new PriorityQueue<>();
PriorityQueue<Integer> maxHeap = new PriorityQueue<>(Collections.reverseOrder());
11.1.8 树（Trees）
Java 提供了 TreeNode 类型，可以用于构建二叉树等数据结构。
class TreeNode {
int val;
TreeNode left;
TreeNode right;
TreeNode(int x) { val = x; }
}
11.1.9 图（Graphs）
图的表示通常需要自定义数据结构或使用图库，Java 没有内建的图类。
以上介绍的只是 Java 中一些常见的数据结构，实际上还有很多其他的数据结构和算法可以根据具体问题选择使用。
11.2 泛型
11.2.1 泛型概述
-
泛型的介绍
泛型是JDK5中引入的特性，它提供了编译时类型安全检测机制。
需要明确的是，Java中的泛型是伪泛型。
-
泛型的意义
作为一种规范，约束存入的数据类型。
-
泛型的好处
- 把运行时期的问题提前到了编译期间
- 避免了强制类型转换
-
泛型的细节
- 泛型中不能写基本数据类型
- 指定泛型的具体类型后，传递数据后，可以传入该类类型或者其子类型
- 如果不写泛型，类型默认是Object
-
泛型的定义格式
- <类型>: 指定一种类型的格式.尖括号里面可以任意书写,一般只写一个字母.例如: <E> <T>
- <类型1,类型2…>: 指定多种类型的格式,多种类型之间用逗号隔开.例如: <E,T> <K,V>
11.2.2 泛型类
定义格式：
修饰符 类名<类型>{}
public class MyArrayList<E> {
}
11.2.3 泛型方法
定义格式：
修饰符 <类型> 返回值类型 方法名（类名 变量名）{
}
public <T> void show(T t) {
}
11.3 Collection集合
11.3.1数组和集合的区别
-
相同点
都是容器,可以存储多个数据
-
不同点
-
数组的长度是不可变的,集合的长度是可变的
-
数组可以存基本数据类型和引用数据类型
集合只能存引用数据类型,如果要存基本数据类型,需要存对应的包装类
-
11.3.2集合类体系结构
11.3.3Collection 集合概述和使用
-
Collection集合概述
- 是单例集合的顶层接口,它表示一组对象,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
-
创建Collection集合的对象
- 多态的方式
- 具体的实现类ArrayList
-
Collection集合常用方法
方法名 说明 boolean add(E e) 添加元素 boolean remove(Object o) 从集合中移除指定的元素 boolean removeIf(Object o) 根据条件进行移除 void clear() 清空集合中的元素 boolean contains(Object o) 判断集合中是否存在指定的元素 boolean isEmpty() 判断集合是否为空 int size() 集合的长度，也就是集合中元素的个数
11.3.4Collection集合的遍历
11.3.4.1 迭代器遍历
-
迭代器介绍
- 迭代器,集合的专用遍历方式
- Iterator iterator(): 返回此集合中元素的迭代器,通过集合对象的iterator()方法得到
-
Iterator中的常用方法
boolean hasNext(): 判断当前位置是否有元素可以被取出
E next(): 获取当前位置的元素,将迭代器对象移向下一个索引位置 -
Collection集合的遍历
public class IteratorDemo1 { public static void main(String[] args) { //创建集合对象 Collection<String> c = new ArrayList<>(); //添加元素 c.add("hello"); c.add("world"); c.add("java"); c.add("javaee"); //Iterator<E> iterator()：返回此集合中元素的迭代器，通过集合的iterator()方法得到 Iterator<String> it = c.iterator(); //用while循环改进元素的判断和获取 while (it.hasNext()) { String s = it.next(); System.out.println(s); } } } -
迭代器中删除的方法
void remove(): 删除迭代器对象当前指向的元素
public class IteratorDemo2 { public static void main(String[] args) { ArrayList<String> list = new ArrayList<>(); list.add("a"); list.add("b"); list.add("b"); list.add("c"); list.add("d"); Iterator<String> it = list.iterator(); while(it.hasNext()){ String s = it.next(); if("b".equals(s)){ //指向谁,那么此时就删除谁. it.remove(); } } System.out.println(list); } }
11.3.4.2 增强for
-
介绍
- 它是JDK5之后出现的,其内部原理是一个Iterator迭代器
- 实现Iterable接口的类才可以使用迭代器和增强for
- 简化数组和Collection集合的遍历
-
格式
for(集合/数组中元素的数据类型 变量名 : 集合/数组名) {
// 已经将当前遍历到的元素封装到变量中了,直接使用变量即可
}
-
代码
public class MyCollectonDemo1 { public static void main(String[] args) { ArrayList<String> list = new ArrayList<>(); list.add("a"); list.add("b"); list.add("c"); list.add("d"); list.add("e"); list.add("f"); //1,数据类型一定是集合或者数组中元素的类型 //2,str仅仅是一个变量名而已,在循环的过程中,依次表示集合或者数组中的每一个元素 //3,list就是要遍历的集合或者数组 for(String str : list){ System.out.println(str); } } } -
细节点注意：
1.报错NoSuchElementException
2.迭代器遍历完毕，指针不会复位
3.循环中只能用一次next方法
4.迭代器遍历时，不能用集合的方法进行增加或者删除
public class A04_CollectionDemo4 {
public static void main(String[] args) {
/*
迭代器的细节注意点：
1.报错NoSuchElementException
2.迭代器遍历完毕，指针不会复位
3.循环中只能用一次next方法
4.迭代器遍历时，不能用集合的方法进行增加或者删除
暂时当做一个结论先行记忆，在今天我们会讲解源码详细的再来分析。
如果我实在要删除：那么可以用迭代器提供的remove方法进行删除。
如果我要添加，暂时没有办法。(只是暂时)
*/
//1.创建集合并添加元素
Collection<String> coll = new ArrayList<>();
coll.add("aaa");
coll.add("bbb");
coll.add("ccc");
coll.add("ddd");
//2.获取迭代器对象
//迭代器就好比是一个箭头，默认指向集合的0索引处
Iterator<String> it = coll.iterator();
//3.利用循环不断的去获取集合中的每一个元素
while(it.hasNext()){
//4.next方法的两件事情：获取元素并移动指针
String str = it.next();
System.out.println(str);
}
//当上面循环结束之后，迭代器的指针已经指向了最后没有元素的位置
//System.out.println(it.next());//NoSuchElementException
//迭代器遍历完毕，指针不会复位
System.out.println(it.hasNext());
//如果我们要继续第二次遍历集合，只能再次获取一个新的迭代器对象
Iterator<String> it2 = coll.iterator();
while(it2.hasNext()){
String str = it2.next();
System.out.println(str);
}
}
}
11.3.4.3 lambda表达式
利用forEach方法，再结合lambda表达式的方式进行遍历
public class A07_CollectionDemo7 {
public static void main(String[] args) {
/*
lambda表达式遍历：
default void forEach(Consumer<? super T> action):
*/
//1.创建集合并添加元素
Collection<String> coll = new ArrayList<>();
coll.add("zhangsan");
coll.add("lisi");
coll.add("wangwu");
//2.利用匿名内部类的形式
//底层原理：
//其实也会自己遍历集合，依次得到每一个元素
//把得到的每一个元素，传递给下面的accept方法
//s依次表示集合中的每一个数据
/* coll.forEach(new Consumer<String>() {
@Override
public void accept(String s) {
System.out.println(s);
}
});*/
//lambda表达式
coll.forEach(s -> System.out.println(s));
}
}
11.4 List集合
11.4.1List集合的概述和特点
-
List集合的概述
- 有序集合,这里的有序指的是存取顺序
- 用户可以精确控制列表中每个元素的插入位置,用户可以通过整数索引访问元素,并搜索列表中的元素
- 与Set集合不同,列表通常允许重复的元素
-
List集合的特点
- 存取有序
- 可以重复
- 有索引
-
List集合子类的特点
- ArrayList集合
底层是数组结构实现，查询快、增删慢
- LinkedList集合
底层是链表结构实现，查询慢、增删快
11.4.2List集合的特有方法
-
方法介绍
方法名 描述 void add(int index,E element) 在此集合中的指定位置插入指定的元素 E remove(int index) 删除指定索引处的元素，返回被删除的元素 E set(int index,E element) 修改指定索引处的元素，返回被修改的元素 E get(int index) 返回指定索引处的元素 -
示例代码
public class MyListDemo { public static void main(String[] args) { List<String> list = new ArrayList<>(); list.add("aaa"); list.add("bbb"); list.add("ccc"); //method1(list); //method2(list); //method3(list); //method4(list); } private static void method4(List<String> list) { // E get(int index) 返回指定索引处的元素 String s = list.get(0); System.out.println(s); } private static void method3(List<String> list) { // E set(int index,E element) 修改指定索引处的元素，返回被修改的元素 //被替换的那个元素,在集合中就不存在了. String result = list.set(0, "qqq"); System.out.println(result); System.out.println(list); } private static void method2(List<String> list) { // E remove(int index) 删除指定索引处的元素，返回被删除的元素 //在List集合中有两个删除的方法 //第一个 删除指定的元素,返回值表示当前元素是否删除成功 //第二个 删除指定索引的元素,返回值表示实际删除的元素 String s = list.remove(0); System.out.println(s); System.out.println(list); } private static void method1(List<String> list) { // void add(int index,E element) 在此集合中的指定位置插入指定的元素 //原来位置上的元素往后挪一个索引. list.add(0,"qqq"); System.out.println(list); } }
11.4.3List集合的五种遍历方式
- 迭代器
- 列表迭代器
- 增强for
- Lambda表达式
- 普通for循环
代码示例：
//创建集合并添加元素
List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("aaa");
list.add("bbb");
list.add("ccc");
//1.迭代器
/*Iterator<String> it = list.iterator();
while(it.hasNext()){
String str = it.next();
System.out.println(str);
}*/
//2.增强for
//下面的变量s，其实就是一个第三方的变量而已。
//在循环的过程中，依次表示集合中的每一个元素
/* for (String s : list) {
System.out.println(s);
}*/
//3.Lambda表达式
//forEach方法的底层其实就是一个循环遍历，依次得到集合中的每一个元素
//并把每一个元素传递给下面的accept方法
//accept方法的形参s，依次表示集合中的每一个元素
//list.forEach(s->System.out.println(s) );
//4.普通for循环
//size方法跟get方法还有循环结合的方式，利用索引获取到集合中的每一个元素
/*for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
//i:依次表示集合中的每一个索引
String s = list.get(i);
System.out.println(s);
}*/
// 5.列表迭代器
//获取一个列表迭代器的对象，里面的指针默认也是指向0索引的
//额外添加了一个方法：在遍历的过程中，可以添加元素
ListIterator<String> it = list.listIterator();
while(it.hasNext()){
String str = it.next();
if("bbb".equals(str)){
//qqq
it.add("qqq");
}
}
System.out.println(list);
11.4.4 细节点注意：
List系列集合中的两个删除的方法
1.直接删除元素
2.通过索引进行删除
代码示例:
//List系列集合中的两个删除的方法
//1.直接删除元素
//2.通过索引进行删除
//1.创建集合并添加元素
List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
//2.删除元素
//请问：此时删除的是1这个元素，还是1索引上的元素？
//为什么？
//因为在调用方法的时候，如果方法出现了重载现象
//优先调用，实参跟形参类型一致的那个方法。
//list.remove(1);
//手动装箱，手动把基本数据类型的1，变成Integer类型
Integer i = Integer.valueOf(1);
list.remove(i);
System.out.println(list);
11.5 ArrayList
11.5.1 ArrayList类概述
-
什么是集合
提供一种存储空间可变的存储模型，存储的数据容量可以发生改变
-
ArrayList集合的特点
长度可以变化，只能存储引用数据类型。
-
泛型的使用
用于约束集合中存储元素的数据类型
11.5.2 ArrayList类常用方法
11.5.2.1 构造方法
| 方法名 | 说明 |
|---|---|
| public ArrayList() | 创建一个空的集合对象 |
11.3.2.2 成员方法
| 方法名 | 说明 |
|---|---|
| public boolean add(要添加的元素) | 将指定的元素追加到此集合的末尾 |
| public boolean remove(要删除的元素) | 删除指定元素,返回值表示是否删除成功 |
| public E remove(int index) | 删除指定索引处的元素，返回被删除的元素 |
| public E set(int index,E element) | 修改指定索引处的元素，返回被修改的元素 |
| public E get(int index) | 返回指定索引处的元素 |
| public int size() | 返回集合中的元素的个数 |
11.5.2.3 示例代码
public class ArrayListDemo02 {
public static void main(String[] args) {
//创建集合
ArrayList<String> array = new ArrayList<String>();
//添加元素
array.add("hello");
array.add("world");
array.add("java");
//public boolean remove(Obje