集合框架
集合操作——线性表

1. 集合框架

1.1. Collection

java提供了一种可以存数一组数据的数据结构，其提供了丰富的方法，在实际开发中往往比数组使用的广泛。这种数据结构成为集合:Collection。

Collection是一个接口，其定义了集合的相关功能方法。

1.1.1. addAll与containsAll方法

集合也提供了批处理操作:

addAll方法用于将给定集合中的所有元素添加到当前集合中，其方法定义为:

boolean addAll(Collection c)

例如:

Collection<String> c1 = new ArrayList<String>();
c1.add("java");
c1.add("cpp");		
c1.add("php");
c1.add("c#");		
c1.add("objective-c"); 
System.out.println(c1); // [java, cpp, php, c#, objective-c] 
Collection<String> c2 = new HashSet<String>(); 
c2.addAll(c1);
System.out.println(c2); // [cpp, php, c#, java, objective-c]

containsAll方法用于判断当前集合是否包含给定集合中的所有元素，若包含则返回true。其方法定义为:

boolean containsAll(Collection c)

例如:

Collection<String> c1 = new ArrayList<String>();
c1.add("java");		
c1.add("cpp");		
c1.add("php");
c1.add("c#");		
c1.add("objective-c"); 
System.out.println(c1); // [java, cpp, php, c#, objective-c] 
Collection<String> c2 = new ArrayList<String>();
c2.add("java");		
c2.add("cpp");
System.out.println(c1.containsAll(c2)); // true

1.2. Iterator 迭代器

Collection提供了一个遍历集合的通用方式，迭代器(Iterator)。

获取迭代器的方式是使用Collection定义的方法:

Iterator iterator()

迭代器Iterator是一个接口，集合在覆盖Collection的iterator()方法时提供了迭代器的实现。

Iterator提供了统一的遍历集合元素的方式。

1.2.1. hasNext与next方法

迭代器用于遍历集合的两个主要方法:

boolean hasNext():判断集合是否还有元素可以遍历。
E next():返回迭代的下一个元素

遍历集合应遵循“先问后取”的方式，也就是说，应当在确定hasNext()方法的返回值为true的情况下再通过next()方法取元素。

由此可以看出，使用迭代器遍历集合是通过boolean值驱动的，所以它更适合使用while循环来遍历。

例如:

Collection<String> c = new HashSet<String>();
c.add("java");		
c.add("cpp");		
c.add("php");
c.add("c#");		
c.add("objective-c");
Iterator<String> it = c.iterator();
while (it.hasNext()) {
	String str = it.next();
	System.out.println(str);
}

1.2.2. remove方法

迭代器还提供了一个方法:void remove()。该方法用于删除迭代器当次从集合中获取的元素。若我们在迭代过程中想删除集合元素时，我们就需要通过该方法来进行。这里需要注意，在使用迭代器遍历集合时是不能通过集合自身提供的remove方法删除元素的，否则迭代器在迭代时会抛出异常。

例如:

Collection<String> c = new HashSet<String>();
c.add("java");		
c.add("cpp");		
c.add("php");
c.add("c#");		
c.add("objective-c"); 
System.out.println(c); // [cpp, php, c#, java, objective-c] 
Iterator<String> it = c.iterator();
while (it.hasNext()) {
	String str = it.next();
	if (str.indexOf("c") != -1) {
		it.remove();
	} 
} 
System.out.println(c); // [php, java]

1.2.3. 增强for循环

Java5.0之后推出了一个新的特性，增强for循环,也称为新循环。该循环不通用于传统循环的工作，其只用于便利集合或数组。语法:

for(元素类型 e : 集合或数组){
	循环体 
}

新循环并非新的语法，而是在编译过程中，编译器会将新循环转换为迭代器模式。所以新循环本质上是迭代器。

例如:

Collection<String> c = new HashSet<String>();
c.add("java");
c.add("cpp");
c.add("php");
c.add("c#");
c.add("objective-c");
for (String str : c) {
	System.out.print(str.toUpperCase() + " ");
} 
// CPP PHP C# JAVA OBJECTIVE-C

1.3. 泛型机制

1.3.1. 泛型在集合中的应用

泛型是Java SE 5.0引入的特性，泛型的本质是参数化类型。在类、接口和方法的定义过程中，所操作的数据类型被传入的参数指定。

Java泛型机制广泛的应用在集合框架中。所有的集合类型都带有泛型参数，这样在创建集合时可以指定放入集合中的对象类型。Java编译器可以据此进行类型检查，这样可以减少代码在运行时出现错误的可能性。

我们来举个例子，比如ArrayList，其在定义时是这样的:

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

由此我们可以看出，再声明ArrayList时，类名的右侧有一个<E>。"<>"表示泛型，而其中可以使用数字字母下划线(数字不能的第一个字符)来表示泛型的名字。(通常我们使用一个大写字母来表示，当然这个不是规定。)这时，在类中声明的方法的参数，返回值类型可以被定义为泛型。这样在创建对象时可以将类型作为参数传递，此时，类定义所有的E将被替换成传入的参数。

例如:

ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();//泛型E在这里被指定为String类型
list.add("One");//那么add方法的参数就被替换为String类型
list.add(100);//这里就会出现编译错误，因为这里的参数应为String类型。

2. 集合操作——线性表

2.1. List

List接口是Collection的子接口，用于定义线性表数据结构；可以将List理解为存放对象的数组，只不过其元素个数可以动态的增加或减少。并且List是可重复集，这个我们在以前的章节已经描述。

2.1.1. ArrayList和LinkedList

List接口的两个常见实现类为ArrayList和LinkedList，分别用动态数组和链表的方式实现了List接口。

可以认为ArrayList和LinkedList的方法在逻辑上完全一样，只是在性能上有一定的差别，ArrayList更适合于随机访问而LinkedList更适合于插入和删除；在性能要求不是特别苛刻的情形下可以忽略这个差别。

2.1.2. get与set方法

List除了继承Collection定义的方法外，还根据其线性表的数据结构定义了一系列方法，其中最常用的就是基于下标的get和set方法。

E get(int index):获取集合中指定下标对应的元素，下标从0开始。
E set(int index, E elment):将给定的元素存入给定位置，并将原位置的元素返回。

例如:

List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("java");		
list.add("cpp");		
list.add("php");
list.add("c#");		
list.add("objective-c");
// get方法遍历List
for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
	System.out.println(list.get(i));
} 
String value = list.set(1, "c++");
System.out.println(value); // cpp
System.out.println(list); // [java, c++, php, c#, objective-c] 
// 交换位置1和3上的元素
list.set(1, list.set(3, list.get(1)));
System.out.println(list); 
// [java, c#, php, c++, objective-c]

2.1.3. 插入和删除

List根据下标的操作还支持插入与删除操作:

void add(int index,E element):

将给定的元素插入到指定位置，原位置及后续元素都顺序向后移动。

E remove(int index):

删除给定位置的元素，并将被删除的元素返回。

例如:

List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("java");
list.add("c#");
System.out.println(list); // [java, c#]
	 	
list.add(1, "cpp");
System.out.println(list); // [java, cpp, c#]
	 	
list.remove(2);
System.out.println(list); // [java, cpp]

2.1.4. subList方法

List的subList方法用于获取子List。

需要注意的是，subList获取的List与原List占有相同的存储空间，对子List的操作会影响的原List。

List<E> subList(int fromIndex, int toIndex);

fromIndex和toIndex是截取子List的首尾下标（前包括，后不包括) 。

例如:

List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
	list.add(i);
}
System.out.println(list); // [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
List<Integer> subList = list.subList(3, 8);
System.out.println(subList); // [3, 4, 5, 6, 7] 
// subList获得的List和源List占有相同的数据空间
for (int i = 0; i < subList.size(); i++) {
	subList.set(i, subList.get(i) * 10);
}
System.out.println(subList); // [30, 40, 50, 60, 70]
System.out.println(list); // [0, 1, 2, 30, 40, 50, 60, 70, 8, 9] 
// 可以用于删除连续元素list.subList(3, 8).clear();
System.out.println(list);

2.1.5. List转换为数组

List的toArray方法用于将集合转换为数组。但实际上该方法是在Collection中定义的，所以所有的集合都具备这个功能。

其有两个方法:

Object[] toArray()

<T>T[] toArray(T[] a)

其中第二个方法是比较常用的，我们可以传入一个指定类型的数组，该数组的元素类型应与集合的元素类型一致。返回值则是转换后的数组，该数组会保存集合中所有的元素。

例如:

List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add("a");
list.add("b");
list.add("c");

//通常我们传入的数组不需要给定长度
String[] strArr = list.toArray(new String[] {});		System.out.println(Arrays.toString(strArr)); // [a, b, c]

2.1.6. 数组转换为List

Arrays类中提供了一个静态方法asList，使用该方法我们可以将一个数组转换为对应的List集合。

其方法定义为:

static <T>List<T> asList<T… a>

返回的List的集合元素类型由传入的数组的元素类型决定。

需要注意的是，返回的集合我们不能对其增删元素，否则会抛出异常。并且对集合的元素进行的修改会影响数组对应的元素。

例如:

String[] strArr = { "a", "b", "c" }; 
List<String> list = Arrays.asList(strArr);
System.out.println(list); // [a, b, c]
// list.add("d"); // 会抛出UnsupportedOperationException 

// 	java.util.Arrays$ArrayList 
System.out.println(list.getClass().getName());		
List<String> list1 = new ArrayList<String>();
list1.addAll(Arrays.asList(strArr));

2.2. List排序

2.2.1. Collections.sort方法实现排序

Collections是集合的工具类，它提供了很多便于我们操作集合的方法，其中就有用于集合排序的sort方法。该方法的定义为:

void sort(List<T> list)

其作用是对集合元素进行自然排序(按照元素的由小至大的顺序)

例如:

List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
Random r = new Random(1);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
	list.add(r.nextInt(100));
} 
System.out.println(list); // [85, 88, 47, 13, 54, 4, 34, 6, 78, 48]
Collections.sort(list);
System.out.println(list); // [4, 6, 13, 34, 47, 48, 54, 78, 85, 88]

2.2.2. Comparable

通过上一节我们知道了如何对集合元素进行自然排序，但是要想对元素进行自然排序那么就必须要有一个必要条件，就是元素的大小。集合中存入的都是引用类型，是以对象的形式存在于内存中，那么对象是如何进行的大小比较呢？实际上，若想对某个集合的元素进行自然排序，该集合的元素有一个要求，就是这些元素必须是Comparable的子类。

Comparable是一个接口，用于定义其子类是可以比较的。因为该接口有一个抽象方法:

	int compareTo(T t)

所有子类都需要重写该方法来定义对象间的比较规则。该方法要求返回一个整数，这个整数不关心具体的值，而是关注取值范围。

当返回值>0时，表示当前对象比参数给定的对象大。
当返回值<0时，表示当前对象比参数给定的对象小。
当返回值=0时，表示当前对象和参数给定的对象相等。

例如:

Class Cell implements Comparable<Cell>{
	int row;
	int col;

	public Cell(int row,int col){
		this.row = row;
		this.col = col;
	}
			
	public int compareTo(Cell c){
		//根据row比较大小
		return this.row - c.row;
	}
}

那么Collections的sort在进行排序时就会根据集合中元素的compareTo方法的返回值来判断大小从而进行自然排序。

// Cell实现了Comparable接口，CompareTo方法逻辑为按照row值的大小排序
List<Cell> cells = new ArrayList<Cell>();
cells.add(new Cell(2, 3));
cells.add(new Cell(5, 1));
cells.add(new Cell(3, 2)); 
Collections.sort(cells);
System.out.println(cells); // [(2,3), (3,2), (5,1)]

2.2.3. comparator

一旦Java类实现了Comparable，其比较逻辑就已经确定；如果希望在排序的操作中临时指定比较规则，可以采用Comparator接口回调的方式。

该接口要求实现类必须重写其定义的方法:

	int compare(T o1,T o2)

该方法的返回值要求，若o1>o2则返回值应>0,若o1<o2则返回值应<0，若o1==o2则返回值应为0

例如:

List<Cell> cells = new ArrayList<Cell>();
cells.add(new Cell(2, 3));	
cells.add(new Cell(5, 1));
cells.add(new Cell(3, 2)); 
// 按照col值的大小排序
Collections.sort(cells, new Comparator<Cell>() {
	@Override
	public int compare(Cell o1, Cell o2) {
		return o1.col - o2.col;}
	});
System.out.println(cells); // [(5,1), (3,2), (2,3)]

2.3. 队列和栈

2.3.1. Queue

队列（Queue）是常用的数据结构，可以将队列看成特殊的线性表，队列限制了对线性表的访问方式：只能从线性表的一端添加（offer）元素，从另一端取出（poll）元素。

队列遵循先进先出（FIFO First Input First Output ）的原则。

JDK中提供了Queue接口，同时使得LinkedList实现了该接口（选择LinkedList实现Queue的原因在于Queue经常要进行插入和删除的操作，而LinkedList在这方面效率较高）。

Queue提供了操作队列的相关方法,其主要方法如下:

boolean offer(E e):将元素追加到队列末尾,若添加成功则返回true。
E poll():从队首删除并返回该元素。
E peek():返回队首元素，但是不删除。

例如:

Queue<String> queue = new LinkedList<String>();
queue.offer("a");
queue.offer("b");
queue.offer("c");
System.out.println(queue); // [a, b, c] 
String str = queue.peek();
System.out.println(str); // a 
while (queue.size() > 0) {
	str = queue.poll();
	System.out.print(str + " "); // a b c
}

2.3.2. Deque

Deque是Queue的子接口，定义了所谓“双端队列”即从队列的两端分别可以入队（offer）和出队（poll），LinkedList实现了该接口。

如果将Deque限制为只能从一端入队和出队，则可实现“栈”（Stack）的数据结构，对于栈而言，入栈称之为push，出栈称之为pop。

栈遵循先进后出（FILO First Input Last Output ）的原则。

Deque提供了操作栈的相关方法,其主要方法如下:

void push(E e):将给定元素"压入"栈中。存入的元素会在栈首。即:栈的第一个元素
E pop():将栈首元素删除并返回。

例如:

Deque<String> stack = new LinkedList<String>();
stack.push("a");
stack.push("b");
stack.push("c");
System.out.println(stack); // [c, b, a] 
String str = stack.peek();
System.out.println(str); // c 
while (stack.size() > 0) {
	str = stack.pop();
	System.out.print(str + " "); // c b a
}