Java集合框架之Collection、泛型

Collection、泛型

主要内容

• Collection集合
• 迭代器
• 增强for
• 泛型

目标

• 能够说出集合与数组的区别
• 说出Collection集合的常用功能
• 能够使用迭代器对集合进行取元素
• 能够说出集合的使用细节
• 能够使用集合存储自定义类型
• 能够使用foreach循环遍历集合
• 能够使用泛型定义集合对象
• 能够理解泛型上下限
• 能够阐述泛型通配符的作用

第一章 Collection集合

1.1 集合概述

我们已经学习过并使用过集合ArrayList ,那么集合到底是什么呢?

• 集合：集合是java中提供的一种容器，可以用来存储多个数据。

集合和数组既然都是容器，它们有啥区别呢？

• 数组的长度是固定的。集合的长度是可变的。
• 数组中存储的是同一类型的元素，可以存储基本数据类型值。集合存储的都是对象。而且对象的类型可以不一致。在开发中一般当对象多的时候，使用集合进行存储。

1.2 集合框架

JAVASE提供了满足各种需求的API，在使用这些API前，先了解其继承与接口操作架构，才能了解何时采用哪个类，以及类之间如何彼此合作，从而达到灵活应用。

集合按照其存储结构可以分为两大类，分别是单列集合java.util.Collection和双列集合`java.util.Map。

• Collection：单列集合类的根接口，用于存储一系列符合某种规则的元素，它有两个重要的子接口，分别是java.util.List和java.util.Set。其中，List的特点是元素有序、元素可重复。Set的特点是元素无序，而且不可重复。List接口的主要实现类有java.util.ArrayList和java.util.LinkedList，Set接口的主要实现类有java.util.HashSet和java.util.TreeSet。

从上面的描述可以看出JDK中提供了丰富的集合类库，为了便于初学者进行系统地学习，接下来通过一张图来描述整个集合类的继承体系。

其中，橙色框里填写的都是接口类型，而蓝色框里填写的都是具体的实现类。

集合本身是一个工具，它存放在java.util包中。在Collection接口定义着单列集合框架中最最共性的内容。

1.3 Collection 常用功能

Collection是所有单列集合的父接口，因此在Collection中定义了单列集合(List和Set)通用的一些方法，这些方法可用于操作所有的单列集合。方法如下：

• public boolean add(E e)： 把给定的对象添加到当前集合中 。
• public void clear() :清空集合中所有的元素。
• public boolean remove(E e): 把给定的对象在当前集合中删除。
• public boolean contains(E e): 判断当前集合中是否包含给定的对象。
• public boolean isEmpty(): 判断当前集合是否为空。
• public int size(): 返回集合中元素的个数。
• public Object[] toArray(): 把集合中的元素，存储到数组中。

方法演示：

import java.util.ArrayList;import java.util.Collection;public class Demo1Collection {public static void main(String[] args) {// 创建集合对象 // 使用多态形式	Collection<String> coll = new ArrayList<String>();// 使用方法// 添加功能  boolean  add(String s)	coll.add("小李广");	coll.add("扫地僧");	coll.add("石破天");	System.out.println(coll);// boolean contains(E e) 判断o是否在集合中存在	System.out.println("判断  扫地僧 是否在集合中"+coll.contains("扫地僧"));//boolean remove(E e) 删除在集合中的o元素	System.out.println("删除石破天："+coll.remove("石破天"));	System.out.println("操作之后集合中元素:"+coll);	
    	// size() 集合中有几个元素
		System.out.println("集合中有"+coll.size()+"个元素");// Object[] toArray()转换成一个Object数组	Object[] objects = coll.toArray();// 遍历数组for (int i = 0; i < objects.length; i++) {
			System.out.println(objects[i]);}// void  clear() 清空集合
		coll.clear();
		System.out.println("集合中内容为："+coll);// boolean  isEmpty()  判断是否为空
		System.out.println(coll.isEmpty());  	
	}}

tips: 有关Collection中的方法可不止上面这些，其他方法可以自行查看API学习。

第二章 Iterator迭代器

2.1 Iterator接口

在程序开发中，经常需要遍历集合中的所有元素。针对这种需求，JDK专门提供了一个接口java.util.Iterator。Iterator接口也是Java集合中的一员，但它与Collection、Map接口有所不同，Collection接口与Map接口主要用于存储元素，而Iterator主要用于迭代访问（即遍历）Collection中的元素，因此Iterator对象也被称为迭代器。

想要遍历Collection集合，那么就要获取该集合迭代器完成迭代操作，下面介绍一下获取迭代器的方法：

• public Iterator iterator(): 获取集合对应的迭代器，用来遍历集合中的元素的。

下面介绍一下迭代的概念：

• 迭代：即Collection集合元素的通用获取方式。在取元素之前先要判断集合中有没有元素，如果有，就把这个元素取出来，继续在判断，如果还有就再取出出来。一直把集合中的所有元素全部取出。这种取出方式专业术语称为迭代。

Iterator接口的常用方法如下：

• public E next():返回迭代的下一个元素。
• public boolean hasNext():如果仍有元素可以迭代，则返回 true。

接下来我们通过案例学习如何使用Iterator迭代集合中元素：

package com.collection.demo01;import java.util.ArrayList;import java.util.Collection;import java.util.Iterator;public class IteratorDemo {public static void main(String[] args) {// 使用多态方式 创建对象Collection<String> coll = new ArrayList<String>();// 添加元素到集合coll.add("串串星人");coll.add("吐槽星人");coll.add("汪星人");//遍历//使用迭代器 遍历   每个集合对象都有自己的迭代器Iterator<String> it = coll.iterator();//  泛型指的是 迭代出 元素的数据类型while(it.hasNext()){ //判断是否有迭代元素String s = it.next();//获取迭代出的元素System.out.println(s);}}}

tips:：在进行集合元素取出时，如果集合中已经没有元素了，还继续使用迭代器的next方法，将会发生java.util.NoSuchElementException没有集合元素的错误。

2.2 迭代器的实现原理

我们在之前案例已经完成了Iterator遍历集合的整个过程。当遍历集合时，首先通过调用t集合的iterator()方法获得迭代器对象，然后使用hashNext()方法判断集合中是否存在下一个元素，如果存在，则调用next()方法将元素取出，否则说明已到达了集合末尾，停止遍历元素。

Iterator迭代器对象在遍历集合时，内部采用指针的方式来跟踪集合中的元素，为了让初学者能更好地理解迭代器的工作原理，接下来通过一个图例来演示Iterator对象迭代元素的过程：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-4x7siH6N-1596687542642)(D:\BaiduNetdiskDownload\02-Java语言进阶\day02_Collection、泛型\resource\02_迭代器的实现原理(1)].bmp)

在调用Iterator的next方法之前，迭代器的索引位于第一个元素之前，不指向任何元素，当第一次调用迭代器的next方法后，迭代器的索引会向后移动一位，指向第一个元素并将该元素返回，当再次调用next方法时，迭代器的索引会指向第二个元素并将该元素返回，依此类推，直到hasNext方法返回false，表示到达了集合的末尾，终止对元素的遍历。

2.3 增强for

增强for循环(也称for each循环)是JDK1.5以后出来的一个高级for循环，专门用来遍历数组和集合的。它的内部原理其实是个Iterator迭代器，所以在遍历的过程中，不能对集合中的元素进行增删操作。

格式：

for(元素的数据类型  变量 : Collection集合or数组){ 
  	//写操作代码}

它用于遍历Collection和数组。通常只进行遍历元素，不要在遍历的过程中对集合元素进行增删操作。

练习1：遍历数组

public class NBForDemo1 {public static void main(String[] args) {int[] arr = {3,5,6,87};   	//使用增强for遍历数组for(int a : arr){//a代表数组中的每个元素
			System.out.println(a);}}}

练习2:遍历集合

public class NBFor {public static void main(String[] args) {        
    	Collection<String> coll = new ArrayList<String>();	coll.add("小河神");	coll.add("老河神");	coll.add("神婆");//使用增强for遍历for(String s :coll){//接收变量s代表 代表被遍历到的集合元素		System.out.println(s);}}}

tips: 新for循环必须有被遍历的目标。目标只能是Collection或者是数组。新式for仅仅作为遍历操作出现。

第三章 泛型

3.1 泛型概述

在前面学习集合时，我们都知道集合中是可以存放任意对象的，只要把对象存储集合后，那么这时他们都会被提升成Object类型。当我们在取出每一个对象，并且进行相应的操作，这时必须采用类型转换。

大家观察下面代码：

public class GenericDemo {public static void main(String[] args) {
		Collection coll = new ArrayList();
		coll.add("abc");
		coll.add("itcast");
		coll.add(5);//由于集合没有做任何限定，任何类型都可以给其中存放
		Iterator it = coll.iterator();while(it.hasNext()){//需要打印每个字符串的长度,就要把迭代出来的对象转成String类型
			String str = (String) it.next();
			System.out.println(str.length());}}}

程序在运行时发生了问题java.lang.ClassCastException。 为什么会发生类型转换异常呢？ 我们来分析下：由于集合中什么类型的元素都可以存储。导致取出时强转引发运行时 ClassCastException。 怎么来解决这个问题呢？ Collection虽然可以存储各种对象，但实际上通常Collection只存储同一类型对象。例如都是存储字符串对象。因此在JDK5之后，新增了泛型(Generic)语法，让你在设计API时可以指定类或方法支持泛型，这样我们使用API的时候也变得更为简洁，并得到了编译时期的语法检查。

• 泛型：可以在类或方法中预支地使用未知的类型。

tips:一般在创建对象时，将未知的类型确定具体的类型。当没有指定泛型时，默认类型为Object类型。

3.2 使用泛型的好处

• 将运行时期的ClassCastException，转移到了编译时期变成了编译失败。
• 避免了类型强转的麻烦。

通过我们如下代码体验一下：

public class GenericDemo2 {public static void main(String[] args) {Collection<String> list = new ArrayList<String>();list.add("abc");list.add("itcast");// list.add(5);//当集合明确类型后，存放类型不一致就会编译报错// 集合已经明确具体存放的元素类型，那么在使用迭代器的时候，迭代器也同样会知道具体遍历元素类型Iterator<String> it = list.iterator();while(it.hasNext()){String str = it.next();//当使用Iterator<String>控制元素类型后，就不需要强转了。获取到的元素直接就是String类型System.out.println(str.length());}}}

tips:泛型是数据类型的一部分，我们将类名与泛型合并一起看做数据类型。

3.3 泛型的定义与使用

我们在集合中会大量使用到泛型，这里来完整地学习泛型知识。

泛型，用来灵活地将数据类型应用到不同的类、方法、接口当中。将数据类型作为参数进行传递。

定义和使用含有泛型的类

定义格式：

修饰符 class 类名<代表泛型的变量> {  }

例如，API中的ArrayList集合：

class ArrayList<E>{ public boolean add(E e){ }public E get(int index){ }
   	....}

使用泛型： 即什么时候确定泛型。

在创建对象的时候确定泛型

例如，ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();

此时，变量E的值就是String类型,那么我们的类型就可以理解为：

class ArrayList<String>{ 
     public boolean add(String e){ } public String get(int index){  } ...}

再例如，ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

此时，变量E的值就是Integer类型,那么我们的类型就可以理解为：

class ArrayList<Integer> { 
     public boolean add(Integer e) { } public Integer get(int index) {  } ...}

举例自定义泛型类

public class MyGenericClass<MVP> {//没有MVP类型，在这里代表 未知的一种数据类型 未来传递什么就是什么类型private MVP mvp; public void setMVP(MVP mvp) {this.mvp = mvp;} public MVP getMVP() {return mvp;}}

使用:

public class GenericClassDemo {
  	public static void main(String[] args) {		 
         // 创建一个泛型为String的类 MyGenericClass<String> my = new MyGenericClass<String>();    	
         // 调用setMVP my.setMVP("大胡子登登"); // 调用getMVP String mvp = my.getMVP(); System.out.println(mvp); //创建一个泛型为Integer的类 MyGenericClass<Integer> my2 = new MyGenericClass<Integer>(); 
         my2.setMVP(123);   	  
         Integer mvp2 = my2.getMVP();}}

含有泛型的方法

定义格式：

修饰符 <代表泛型的变量> 返回值类型 方法名(参数){  }

例如，

public class MyGenericMethod {	  public <MVP> void show(MVP mvp) {	System.out.println(mvp.getClass());}public <MVP> MVP show2(MVP mvp) {return mvp;}}

使用格式：调用方法时，确定泛型的类型

public class GenericMethodDemo {public static void main(String[] args) {// 创建对象MyGenericMethod mm = new MyGenericMethod();// 演示看方法提示mm.show("aaa");mm.show(123);mm.show(12.45);}}

含有泛型的接口

定义格式：

修饰符 interface接口名<代表泛型的变量> {  }

例如，

public interface MyGenericInterface<E>{public abstract void add(E e);public abstract E getE();  }

使用格式：

1、定义类时确定泛型的类型

例如

public class MyImp1 implements MyGenericInterface<String> {@Overridepublic void add(String e) {// 省略...}@Overridepublic String getE() {return null;}}

此时，泛型E的值就是String类型。

2、始终不确定泛型的类型，直到创建对象时，确定泛型的类型

例如

public class MyImp2<E> implements MyGenericInterface<E> {@Overridepublic void add(E e) {   	 // 省略...}@Overridepublic E getE() {return null;}}

确定泛型：

/*
 * 使用
 */public class GenericInterface {public static void main(String[] args) {MyImp2<String>  my = new MyImp2<String>();  
        my.add("aa");}}

3.4 泛型通配符

当使用泛型类或者接口时，传递的数据中，泛型类型不确定，可以通过通配符<?>表示。但是一旦使用泛型的通配符后，只能使用Object类中的共性方法，集合中元素自身方法无法使用。

通配符基本使用

泛型的通配符:不知道使用什么类型来接收的时候,此时可以使用?,?表示未知通配符。

此时只能接受数据,不能往该集合中存储数据。

举个例子大家理解使用即可：

public static void main(String[] args) {Collection<Intger> list1 = new ArrayList<Integer>();getElement(list1);Collection<String> list2 = new ArrayList<String>();getElement(list2);}public static void getElement(Collection<?> coll){}//？代表可以接收任意类型

tips:泛型不存在继承关系 Collection list = new ArrayList();这种是错误的。

通配符高级使用----受限泛型

之前设置泛型的时候，实际上是可以任意设置的，只要是类就可以设置。但是在JAVA的泛型中可以指定一个泛型的上限和下限。

泛型的上限：

• 格式： 类型名称 <? extends 类 > 对象名称
• 意义： 只能接收该类型及其子类

泛型的下限：

• 格式： 类型名称 <? super 类 > 对象名称
• 意义： 只能接收该类型及其父类型

比如：现已知Object类，String 类，Number类，Integer类，其中Number是Integer的父类

public static void main(String[] args) {Collection<Integer> list1 = new ArrayList<Integer>();Collection<String> list2 = new ArrayList<String>();Collection<Number> list3 = new ArrayList<Number>();Collection<Object> list4 = new ArrayList<Object>();getElement(list1);getElement(list2);//报错getElement(list3);getElement(list4);//报错
  getElement2(list1);//报错getElement2(list2);//报错getElement2(list3);getElement2(list4);
  }// 泛型的上限：此时的泛型?，必须是Number类型或者Number类型的子类public static void getElement(Collection<? extends Number> coll){}// 泛型的下限：此时的泛型?，必须是Number类型或者Number类型的父类public static void getElement2(Collection<? super Number> coll){}

第四章 集合综合案例

4.1 案例介绍

按照斗地主的规则，完成洗牌发牌的动作。
具体规则：

使用54张牌打乱顺序,三个玩家参与游戏，三人交替摸牌，每人17张牌，最后三张留作底牌。

4.2 案例分析

• 准备牌：

  牌可以设计为一个ArrayList,每个字符串为一张牌。
  每张牌由花色数字两部分组成，我们可以使用花色集合与数字集合嵌套迭代完成每张牌的组装。
  牌由Collections类的shuffle方法进行随机排序。

• 发牌

  将每个人以及底牌设计为ArrayList,将最后3张牌直接存放于底牌，剩余牌通过对3取模依次发牌。

• 看牌

  直接打印每个集合。

• 流程图
  

4.3 代码实现

import java.util.ArrayList;import java.util.Collections;public class Poker {public static void main(String[] args) {/*
        * 1: 准备牌操作
        *///1.1 创建牌盒 将来存储牌面的 ArrayList<String> pokerBox = new ArrayList<String>();//1.2 创建花色集合ArrayList<String> colors = new ArrayList<String>();//1.3 创建数字集合ArrayList<String> numbers = new ArrayList<String>();//1.4 分别给花色 以及 数字集合添加元素colors.add("♥");colors.add("♦");colors.add("♠");colors.add("♣");for(int i = 2;i<=10;i++){numbers.add(i+"");}numbers.add("J");numbers.add("Q");numbers.add("K");numbers.add("A");//1.5 创造牌  拼接牌操作// 拿出每一个花色  然后跟每一个数字 进行结合  存储到牌盒中for (String color : colors) {//color每一个花色 //遍历数字集合for(String number : numbers){//结合String card = color+number;//存储到牌盒中pokerBox.add(card);}}//1.6大王小王pokerBox.add("小☺");pokerBox.add("大☠");	  // System.out.println(pokerBox);//洗牌 是不是就是将  牌盒中 牌的索引打乱 // Collections类  工具类  都是 静态方法// shuffer方法   /*
         * static void shuffle(List<?> list) 
         *     使用默认随机源对指定列表进行置换。 
         *///2:洗牌Collections.shuffle(pokerBox);//3 发牌//3.1 创建 三个 玩家集合  创建一个底牌集合ArrayList<String> player1 = new ArrayList<String>();ArrayList<String> player2 = new ArrayList<String>();ArrayList<String> player3 = new ArrayList<String>();ArrayList<String> dipai = new ArrayList<String>();	  //遍历 牌盒  必须知道索引   for(int i = 0;i<pokerBox.size();i++){//获取 牌面String card = pokerBox.get(i);//留出三张底牌 存到 底牌集合中if(i>=51){//存到底牌集合中dipai.add(card);} else {//玩家1   %3  ==0if(i%3==0){  	player1.add(card);}else if(i%3==1){//玩家2  	player2.add(card);}else{//玩家3  	player3.add(card);}}}//看看System.out.println("令狐冲："+player1);System.out.println("田伯光："+player2);System.out.println("绿竹翁："+player3);System.out.println("底牌："+dipai);  
	}}