Java基础之集合(Collection、泛型)

1. Collection集合

1.1 集合概述

• 集合：集合是Java中提供分一种容器，可以用来存储多个数

集合和数组的区别：

• 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钱，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，从而达到灵活运用。

集合按照其存储结构可以分为两大类，分别是单列结合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接口主要实现类有java.util.ArrayList和java.util.LinkedList，Set的接口的主要实现类有java.util.HashSet和java.util.TreeSet。
  

1.3 Collection常用功能

Collection是所有单利集合的父接口，因此在Collection中定义了单列集合通用的一些方法，这些方法可用于操作所有的单列集合。

• 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。

2. Iterator迭代器

2.1 Iterator接口

在程序开发中,经常需要遍历集合中方的所有元素,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接口和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

• public Iterator iterator():获取集合对应的迭代器,用来遍历集合中的元素
• 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方有没有元素,如果有,就把这个元素取出来,继续在判断,如果还有就在取出来.一直把集合中的所有的元素全部取出来.这种取出来的方式专业术语称为迭代.

Iterator接口的常用方法:

• 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,返回true.

public class Mytest {
    public static void main(String[] args) {
        // 使用多态的方式创建对象
        Collection<String> coll = new ArrayList<>();
        // 添加元素到集合
        coll.add("汪星人");
        coll.add("火星人");
        coll.add("土星人");
        // 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);
        }
    }
}

• 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,将会出现java.util.NoSuchElementException没有集合元素的异常.

2.2 迭代器的实现原理

当Iterator遍历集合时,首先通过调用t集合的iterator()方法()获取迭代器对象,然后使用hashNext()方法判断集合师傅存在下一个元素,如果存在,则调用next()方法将元素取出来,否则说明已到达集合末尾,停止遍历元素

Iterator迭代器在遍历集合时,内部采用指针的方式来跟踪集合中的元素

在调用Iterator的next方法之前,迭代器的索引为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,以此类推,直到hasNext方法返回false,表示到达了集合的,末尾,终止对元素分遍历.

2.3 增强for

增强for循环(也称for each循环)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.它的内部原理其实就是个Iterator迭代器,所以在遍历的过程中,不能对集合中元素进行增删操作

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,不在遍历过程中对集合进行增删操作

遍历数组

public class Mytest {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {3,5,687};
        // 使用增强for遍历数组
        for (int a : arr) { // a代表数组中每个元素
            System.out.println(a);
        }
    }
}

遍历集合

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

3. 泛型

3.1 泛型的概念

集合中可以存放任意对象,只要将对象存储在集合后,那么这是它们都会被提升为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

public class Mytest {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList list = new ArrayList();
        list.add("abc");
        list.add("itcast");
        list.add(5); // 由于集合没有做任何限定,任何类型都可以存放
        Iterator iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            String str = (String) iterator.next();
            System.out.println(str);
        }
    }
}

由于集合中什么类型的元素都已存储,导致取出时强转引发运行时java.lang.ClassCastException

Collection虽然可以存储各种对象,但实际通常Collection只存储同一种类型对象.因此在jdk5之后,新增了泛型语法,让你在设计API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,并得到编译时的语法检查

• 泛型:可以在类或方法中预知的使用未知类型

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

public class Mytest 
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList();
        list.add("abc");
        list.add("itcast");
        // list.add(5); // 当集合明确了类型后,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,迭代器同样会知道具体遍历元素类型
        Iterator<String> iterator = list.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            String str = (String) iterator.next();
            System.out.println(str);
        }
    }
}

3.3 泛型的定义与使用

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>{}

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

使用泛型:在创建对象的时候确定泛型
例如:ArrayList<String> list = new ArrayList();
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:

```java
class ArrayList<String>{ 
     public boolean add(String e){ }

     public String get(int index){  }
     ...
}

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){}

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

调用方法时,确定泛型的类型

public class MyTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建对象
        Mytest mytest = new Mytest();
        mytest.show("aaa");
        mytest.show(123);
        mytest.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>{}

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

1. 定义类时确定泛型的类型

public class My implements Myinterface<String> {
    @Override
    public void add(String s) {
        // ...
    }

    @Override
    public String getE() {
        return null;
    }
}

始终不确定泛型的类型,知道创建对象时,确定泛型的类型

public class My implements Myinterface<E> {
    @Override
    public void add(E e) {
        // ...
    }

    @Override
    public E getE() {
        return null;
    }
}

确定泛型

public class My1 {
    public static void main(String[] args) {
        My<String> my = new My<>();
        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受的时候,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

 public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
        getElement(list);
        ArrayList<String> list1 = new ArrayList<>();
        getElement(list1);

    }
    private static void getElement(ArrayList<?> list) {
    }
}

• 泛型不存在继承关系Colection<Object>list = new ArrayList<String>();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:只能接受该类型及其子类

泛型的下限:

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

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
        ArrayList<String> list1 = new ArrayList<>();
        ArrayList<Number> list2 = new ArrayList<>();
        ArrayList<Object> list3 = new ArrayList<>();
        getElement(list);
        getElement(list1); //报错
        getElement(list2);
        getElement(list3); // 报错
        getElement1(list); //报错
        getElement1(list1); //报错
        getElement1(list2);
        getElement1(list3);
        
    }
    //泛型的下限：此时的泛型?，必须是Number类型或者Number类型的父类
    private static void getElement1(ArrayList<? super Number> list) { }

    // 泛型的上限:此时的泛型?,必须是Number类型或者Number类型的子类
    private static void getElement(ArrayList<? extends Number> list) { }
}