在软件开发领域，数据结构的选择和实现直接影响着程序的性能与扩展性。容器类库作为一种强大的工具，专为存储和管理不同数据类型元素而设计，提供了一系列处理数据元素的方法，它们不仅简化了数据操作，还通过优化访问逻辑提升了应用性能。本文将深入探讨几种常见的线性容器——ArrayList、Vector、List、LinkedList、Deque、Queue、Stack的特性、操作方法及其应用场景，并通过示例代码展示如何在实际项目中应用这些容器。

线性容器

线性容器以数组为核心，支持顺序访问，适合需要高效随机访问的场景。其中，ArrayList、Vector侧重于动态数组的实现，而LinkedList、Deque、Queue、Stack则展示了链表和队列结构的灵活性。

  • ArrayList：动态数组的代表，初始容量10，扩容策略为1.5倍，适合频繁读取的场景。
  • Vector（API版本9后不推荐）：与ArrayList相似，但扩容为2倍，提供了更丰富的接口，增强了错误处理。
  • List（单向链表）：适合频繁插入删除操作，相比双向链表（LinkedList），操作略有限制。
  • LinkedList：双向链表结构，高效插入删除，查询不如ArrayList。
  • Deque：双端队列，灵活的队列操作，支持两端添加删除。
  • Queue：遵循FIFO原则，适合标准队列操作。
  • Stack：LIFO结构，实现栈操作，常用于递归、回溯等场景。
常用操作API概览

容器类库普遍支持增删改查等基本操作，如add()、remove()、get()、set()等。此外，通过迭代器接口[Symbol.iterator]()和forEach()方法，容器支持了高级的遍历和处理逻辑。部分容器还提供了特有的方法，如insertFront()、popLast()等，增强了特定场景下的操作便利性。

实战示例

以下代码片段展示了如何使用ArrayList、Vector、Deque、Stack、List这些容器进行基本操作。

// 示例代码
// ArrayList
import ArrayList from '@ohos.util.ArrayList';
let arrList = new ArrayList();
arrList.add('apple');
console.log(arrList[0]); // 访问元素
arrList[0] = 'orange'; // 修改元素

// Vector
import Vector from '@ohos.util.Vector';
let vec = new Vector();
vec.add('banana');
vec.set(0, 'pear'); // 修改元素

// Deque
import Deque from '@ohos.util.Deque';
let dq = new Deque();
dq.insertFront('cherry');
dq[0] = 'grape'; // 修改元素

// Stack
import Stack from '@ohos.util.Stack';
let stk = new Stack();
stk.push('melon');
stk.pop(); // 删除栈顶元素

// List
import List from '@ohos.util.List';
let lst = new List();
lst.add('kiwi');
lst.set(0, 'mango'); // 修改元素

非线性容器

在探索了线性容器的高效与灵活性之后，非线性容器进一步拓宽了数据结构的应用场景，以其独特的组织方式和高效的查找能力，成为解决特定问题的利器。本篇博客将深入剖析非线性容器——HashMap、HashSet、TreeMap、TreeSet、LightWeightMap、LightWeightSet、PlainArray六种容器的特点、操作方法及其实战应用，这些容器底层通常通过哈希表或红黑树实现，确保了快速的查找速度。

非线性容器概览

非线性容器摒弃了连续存储的传统，通过散列或树形结构，实现了元素的快速定位和存取，尤其擅长于大规模数据集的高效处理。

  • HashMap：键值对集合，通过键的哈希码定位，适合快速存取。
  • HashSet：基于HashMap实现，用于存储唯一值，无序。
  • TreeMap：键值对集合，基于红黑树实现，有序存储，适合区间查找。
  • TreeSet：基于TreeMap，存储唯一且有序值。
  • LightWeightMap & LightWeightSet：轻量级的键值对和集合，占用内存更少，适用于资源敏感场景。
  • PlainArray：键值对集合，键限定为数字类型，二分查找提高效率。
HashMap与HashSet
  • HashMap提供了快速的键值对存取，适合关联数据的高效管理。通过set()添加元素，get()访问，以及remove()删除操作，它还支持forEach()遍历和迭代器访问。
  • HashSet则利用HashMap的特性实现无序且不重复的集合存储。使用add()添加元素，通过迭代器遍历，remove()进行删除。
TreeMap与TreeSet
  • TreeMap利用红黑树保持键的有序性，适合区间查找和排序需求。通过set()添加键值对，get()检索，支持按顺序访问如getFirstKey()、getLastKey()。
  • TreeSet基于TreeMap，保证了元素的自然排序和唯一性，适用于需要维持顺序的集合操作。
轻量级容器：LightWeightMap与LightWeightSet
  • LightWeightMap和LightWeightSet以其轻量级设计，降低了内存消耗，适用于资源受限环境。两者同样支持增删查操作，通过哈希和二分查找优化性能。
特殊结构：PlainArray
  • PlainArray专注于数字键的键值对存储，利用二分查找提升访问效率。适合键为数值且需要快速定位的场景。
实战应用示例

下面的示例代码展示了如何在实际项目中运用这些非线性容器进行基本操作。

// 示例代码
// HashMap
import HashMap from '@ohos.util.HashMap';
let hashMap = new HashMap();
hashMap.set('name', 'Alice');
console.log(hashMap.get('name'));

// TreeMap
import TreeMap from '@ohos.util.TreeMap';
let treeMap = new TreeMap();
treeMap.set('age', 30);
console.log(treeMap.get('age'));

// LightWeightMap
import LightWeightMap from '@ohos.util.LightWeightMap';
let lwMap = new LightWeightMap();
lwMap.set('score', 90);
console.log(lwMap.get('score'));

// LightWeightSet
import LightWeightSet from '@ohos.util.LightWeightSet';
let lwSet = new LightWeightSet();
lwSet.add(90);
console.log(lwSet.has(90));

// PlainArray
import PlainArray from '@ohos.util.PlainArray';
let pa = new PlainArray();
pa.add(0, 'Science');
pa.add(1, 'Math');
console.log(pa.get(1));

总结而言，非线性容器以其独特的数据组织形式，满足了从快速查找、有序存储到轻量级实现等多样化需求，为开发者提供了强大的工具箱。掌握这些容器的特性和使用方法，能够使我们更灵活、高效地解决实际编程挑战。