《Java编程思想》 第11章 持有对象

书中源代码：https://github.com/yangxian1229/ThinkingInJava_SourceCode

11.1 泛型和类型安全的容器

要想定义用来保存Apple对象的ArrayList，你可以声明ArrayList<Apple>,而不仅仅只是ArrayList，其中尖括号括起来的是类型参数（可以有多个），它指定了这个容器实例可以保存的类型。通过使用泛型，就可以在编译期防止将错误类型的对象放置到容器中。向上转型也可以想做用于其他类型一样作用于泛型。
如果不需要使用每个元素的索引，你可以使用foreach语法来选择List中的每个元素。

11.2 基本概念

Java容器类类库的用途是“保存对象”，并将其划分为两个不同的概念：
1）Collection。一个独立元素的序列，这些元素都服从一条或多条规则。List必须按照插入的顺序保存元素，而Set不能有重复元素。Queue按照排队规则来确定对象产生的顺序。
2）Map。一组成对的“键值对”对象，允许你使用键来查找值。ArrayList允许你使用数字来查找值，因此在某种意义上讲，它将数字与对象关联在了一起。映射表允许我们使用另一个对象来查找某个对象，它被称为“关联数组”，因为它将某些对象与另外一些对象关联在了一起；或者被称为“字典”，因为你可以使用键对象来查找值对象。
在理想情况下，你编写的大部分代码都是在与这些接口打交道，并且你唯一需要制定所使用的精确类型的地方就是在创建的时候。因此，你可以像下面这样创建一个List:
List<Apple> apples = new ArrayList<Apple>();
使用接口的目的在于如果你决定去修改你的实现，你所需的只是在创建处修改它。例如：
List<Apple> apples = new LinkedList<Apple>();
这种方法并非总是奏效，因为某些类具有额外的功能，例如，LinkedList具有在List接口中未包含的额外方法，而TreeMap也具有在Map接口中未包含的方法。如果你需要使用这些方法，就不能将它们向上转型为更通用的接口。

11.3 添加一组元素

在java.util包中的Arrays和Collections类中都有很多实用的方法，可以在一个Collection中添加一组元素。Arrays.asList()方法接受一个数组或是一个用逗号分隔的元素列表（使用可变参数），并将其转换为一个List对象。Collections.addAll()方法接受一个Collection对象，以及一个数组或是一个用逗号分割的列表，将元素添加到Collection中。下面示例展示了这两个方法，以及更加传统addAll()方法，所有Collection类型都包含该方法：

// Adding groups of elements to Collection objects.
package ch11;

import java.util.*;

public class AddingGroups {
  public static void main(String[] args) {
    Collection<Integer> collection =
      new ArrayList<Integer>(Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5));
    System.out.println("1: "+collection);
    Integer[] moreInts = { 6, 7, 8, 9, 10 };
    collection.addAll(Arrays.asList(moreInts));
    System.out.println("2: "+collection);
    // Runs significantly faster, but you can't
    // construct a Collection this way:
    Collections.addAll(collection, 11, 12, 13, 14, 15);
    System.out.println("3: "+collection);
    Collections.addAll(collection, moreInts);
    System.out.println("4: "+collection);
    // Produces a list "backed by" an array:
    List<Integer> list = Arrays.asList(16, 17, 18, 19, 20);
    list.set(1, 99); // OK -- modify an element
    // list.add(21); // Runtime error because the
                     // underlying array cannot be resized.
  }
}/* Output:
1: [1, 2, 3, 4, 5]
2: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
3: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15]
4: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 6, 7, 8, 9, 10]
*///:~

Collection的构造器可以接受另一个Collection，用它来将自身初始化，因此你可以使用**Arrays.asList()来为这个构造器产生输入。但是，Collection.addAll()方法运行起来要快得多，而且构建一个不包含元素的Collection，然后调用Collections.addAll()这种方式很方便，因此它是首选方式。
Collection.addAll()成员方法只能接受另一个Collection对象作为参数，因此它不如Arrays.asList()或Collections.addAll()**灵活，这两个方法使用的都是可变参数列表。
你也可以直接使用Arrays.asList()的输出，将其当做List，但是在这种情况下，其底层表示的是数组，因此不能调整尺寸。如果你试图用add()或delete()方法在这种列表中添加或删除元素，就有可能会引发去改变数组尺寸的尝试，因此你将在运行时获得“Unsupported Operation (不支持的操作)”错误。

11.4 容器打印

打印容器无需任何帮助。

//: holding/PrintingContainers.java
// Containers print themselves automatically.
import java.util.*;
import static net.mindview.util.Print.*;

public class PrintingContainers {
  static Collection fill(Collection<String> collection) {
    collection.add("rat");
    collection.add("cat");
    collection.add("dog");
    collection.add("dog");
    return collection;
  }
  static Map fill(Map<String,String> map) {
    map.put("rat", "Fuzzy");
    map.put("cat", "Rags");
    map.put("dog", "Bosco");
    map.put("dog", "Spot");
    return map;
  }	
  public static void main(String[] args) {
    print(fill(new ArrayList<String>()));
    print(fill(new LinkedList<String>()));
    print(fill(new HashSet<String>()));
    print(fill(new TreeSet<String>()));
    print(fill(new LinkedHashSet<String>()));
    print(fill(new HashMap<String,String>()));
    print(fill(new TreeMap<String,String>()));
    print(fill(new LinkedHashMap<String,String>()));
  }
} /* Output:
[rat, cat, dog, dog]
[rat, cat, dog, dog]
[dog, cat, rat]
[cat, dog, rat]
[rat, cat, dog]
{dog=Spot, cat=Rags, rat=Fuzzy}
{cat=Rags, dog=Spot, rat=Fuzzy}
{rat=Fuzzy, cat=Rags, dog=Spot}
*///:~

默认的打印行为（使用容器提供的toString()方法），即可生成可读性很好的结果。
1）ArrayList和LinkedList都是List类型。它们都按照被插入的顺序保存元素
2）HashSet、TreeSet和LinkedHashSet都是Set类型，每个相同的项只有保存一次。HashSet使用最快获取元素的方式，存储顺序并无实际意义。TreeSet按照比较结果升序保存对象。LinkedHashSet按照被添加的顺序保存对象。
3）HashMap、TreeMap和LinkedHashMap是Map类型。HashMap提供了最快的查找技术，没有按照任何明显的顺序来保存元素。TreeMap按照比较结果的升序保存键。而LinkedHashMap则按照插入顺序保存键，同时还保留了HashMap的查询速度。

11.5 List

List承诺可以将元素维护在特定的序列中。List接口在Collection的基础上添加了大量的方法，使得可以在List的中间插入和移除元素。
有两种类型的List:

1. 基本的ArrayList，它长于随机访问元素，但是在List的中间插入和移除元素时较慢。
2. LinkedList，它通过代价较低的在List中间进行插入和删除操作，提供了优化的顺序访问。LinkedList在随机访问方面相对比较慢，但是它的特性集较ArrayList更大。

11.6 迭代器

迭代器是一个对象，它的工作是遍历并选择序列中的对象，而客户端程序员不必知道或关心该序列底层的结构。此外，迭代器通常被称为轻量级对象：创建它的代价小。因此，经常可以见到对迭代器有些奇怪的限制：例如，Java的Iterator只能单向移动，这个Iterator只能用来：
1）使用方法iteratior()要求容器返回一个Iterator。Iterator将准备好返回序列的第一个元素。
2）使用next()获得序列中的下一个元素。
3）使用hasNext()检查序列中是否还有元素。
4）使用remove()将迭代器新近返回的元素删除。
Iterator还可以移除由next()产生的最后一个元素，这意味着在调用remove()之前必须先调用next()。

11.6.1 ListIterator

ListIterator是一个更加强大的Iterator的子类型，它只能用于各种List类的访问。尽管Iterator只能向前移动，但是ListIterator可以双向移动。你可以通过调用listIterator()方法产生一个指向List开始处的ListIterator，并且还可以通过调用listIterator(n)方法创建一个一开始就指向列表索引为n的元素处的ListIterator。

11.7 LinkedList

LinkedList还添加了可以使其用作栈、队列或双端队列的方法。
下面示例展示了特性之间基本的相同性和差异性。

//: holding/LinkedListFeatures.java
import typeinfo.pets.*;
import java.util.*;
import static net.mindview.util.Print.*;

public class LinkedListFeatures {
  public static void main(String[] args) {
    LinkedList<Pet> pets =
      new LinkedList<Pet>(Pets.arrayList(5));
    print(pets);
    // Identical:
    print("pets.getFirst(): " + pets.getFirst());
    print("pets.element(): " + pets.element());
    // Only differs in empty-list behavior:
    print("pets.peek(): " + pets.peek());
    // Identical; remove and return the first element:
    print("pets.remove(): " + pets.remove());
    print("pets.removeFirst(): " + pets.removeFirst());
    // Only differs in empty-list behavior:
    print("pets.poll(): " + pets.poll());
    print(pets);
    pets.addFirst(new Rat());
    print("After addFirst(): " + pets);
    pets.offer(Pets.randomPet());
    print("After offer(): " + pets);
    pets.add(Pets.randomPet());
    print("After add(): " + pets);
    pets.addLast(new Hamster());
    print("After addLast(): " + pets);
    print("pets.removeLast(): " + pets.removeLast());
  }
} /* Output:
[Rat, Manx, Cymric, Mutt, Pug]
pets.getFirst(): Rat
pets.element(): Rat
pets.peek(): Rat
pets.remove(): Rat
pets.removeFirst(): Manx
pets.poll(): Cymric
[Mutt, Pug]
After addFirst(): [Rat, Mutt, Pug]
After offer(): [Rat, Mutt, Pug, Cymric]
After add(): [Rat, Mutt, Pug, Cymric, Pug]
After addLast(): [Rat, Mutt, Pug, Cymric, Pug, Hamster]
pets.removeLast(): Hamster
*///:~

11.8 Stack

“栈”通常是指“后进后出”（LIFO）容器。
LinkedList具有能够直接实现栈的所有功能的方法，因此可以直接将LinkedList作为栈使用。

11.9 Set

Set不保存重复的元素。Set中最常被使用的是测试归属性，你可以很容易地询问某个对象是否在某个Set中。正因为如此，查找就成为了Set中最重要的操作，因此你通常都会选择一个HashSet的实现，它专门对快速查找进行了优化。
Set具有与Collection完全一样的接口，因此没有任何额外的功能，不像前面有两个不同的List。
最常见的操作之一，就是使用contains()测试Set的归属性。

11.10 Map

对随机数的计数：

//: holding/Statistics.java
// Simple demonstration of HashMap.
import java.util.*;
public class Statistics {
  public static void main(String[] args) {
    Random rand = new Random(47);
    Map<Integer,Integer> m =
      new HashMap<Integer,Integer>();
    for(int i = 0; i < 10000; i++) {
      // Produce a number between 0 and 20:
      int r = rand.nextInt(20);
      Integer freq = m.get(r);
      m.put(r, freq == null ? 1 : freq + 1);
    }
    System.out.println(m);
  }
} /* Output:
{15=497, 4=481, 19=464, 8=468, 11=531, 16=533, 18=478, 3=508, 7=471, 12=521, 17=509,
2=489, 13=506, 9=549, 6=519, 1=502, 14=477, 10=513, 5=503, 0=481}
*///:~

在main()中，自动包装机制将随机生成的int转换为HashMap可以使用的Integer引用（不能使用基本类型的容器）。
下面的示例允许使用一个String描述来查找Pet，它还展示了可以使用怎样的方法通过使用containsKey()和containsValue()来测试一个Map，以便查看它是否包含某个键或某个值。

//: holding/PetMap.java
import typeinfo.pets.*;
import java.util.*;
import static net.mindview.util.Print.*;

public class PetMap {
  public static void main(String[] args) {
    Map<String,Pet> petMap = new HashMap<String,Pet>();
    petMap.put("My Cat", new Cat("Molly"));
    petMap.put("My Dog", new Dog("Ginger"));
    petMap.put("My Hamster", new Hamster("Bosco"));
    print(petMap);
    Pet dog = petMap.get("My Dog");
    print(dog);
    print(petMap.containsKey("My Dog"));
    print(petMap.containsValue(dog));
  }
} /* Output:
{My Cat=Cat Molly, My Hamster=Hamster Bosco, My Dog=Dog Ginger}
Dog Ginger
true
true
*///:~

假设你正在跟踪拥有多个宠物的人，你所需的只是一个Map<Person,List<Pet>>:

//: holding/MapOfList.java
package holding;
import typeinfo.pets.*;
import java.util.*;
import static net.mindview.util.Print.*;

public class MapOfList {
  public static Map<Person, List<? extends Pet>>
    petPeople = new HashMap<Person, List<? extends Pet>>();
  static {
    petPeople.put(new Person("Dawn"),
      Arrays.asList(new Cymric("Molly"),new Mutt("Spot")));
    petPeople.put(new Person("Kate"),
      Arrays.asList(new Cat("Shackleton"),
        new Cat("Elsie May"), new Dog("Margrett")));
    petPeople.put(new Person("Marilyn"),
      Arrays.asList(
       new Pug("Louie aka Louis Snorkelstein Dupree"),
       new Cat("Stanford aka Stinky el Negro"),
       new Cat("Pinkola")));	
    petPeople.put(new Person("Luke"),
      Arrays.asList(new Rat("Fuzzy"), new Rat("Fizzy")));
    petPeople.put(new Person("Isaac"),
      Arrays.asList(new Rat("Freckly")));
  }
  public static void main(String[] args) {
    print("People: " + petPeople.keySet());
    print("Pets: " + petPeople.values());
    for(Person person : petPeople.keySet()) {
      print(person + " has:");
      for(Pet pet : petPeople.get(person))
        print("    " + pet);
    }
  }
} /* Output:	
People: [Person Luke, Person Marilyn, Person Isaac, Person Dawn, Person Kate]
Pets: [[Rat Fuzzy, Rat Fizzy], [Pug Louie aka Louis Snorkelstein Dupree, Cat Stanford aka Stinky el Negro, Cat Pinkola], [Rat Freckly], [Cymric Molly, Mutt Spot], [Cat Shackleton, Cat Elsie May, Dog Margrett]]
Person Luke has:
    Rat Fuzzy
    Rat Fizzy
Person Marilyn has:
    Pug Louie aka Louis Snorkelstein Dupree
    Cat Stanford aka Stinky el Negro
    Cat Pinkola
Person Isaac has:
    Rat Freckly
Person Dawn has:
    Cymric Molly
    Mutt Spot
Person Kate has:
    Cat Shackleton
    Cat Elsie May
    Dog Margrett
*///:~

Map可以返回它的键的Set，它的值的Collection，或者它的键值对的Set。keySet()方法产生了由在petPeople中的所有键组成的Set，它在foreach语句中被用来迭代遍历该Map。

11.11 Queue

对列是一个典型的先进先出（FIFO）的容器。LinkedList提供了方法以支持队列的行为，并且它实现了Queue接口，因此LinkedList可以用作Queue的一种实现。Queue接口窄化了对LinkedList的方法的访问权限，可以通过将LinkedList向上转型为Queue。

//: holding/QueueDemo.java
// Upcasting to a Queue from a LinkedList.
import java.util.*;

public class QueueDemo {
  public static void printQ(Queue queue) {
    while(queue.peek() != null)
      System.out.print(queue.remove() + " ");
    System.out.println();
  }
  public static void main(String[] args) {
    Queue<Integer> queue = new LinkedList<Integer>();
    Random rand = new Random(47);
    for(int i = 0; i < 10; i++)
      queue.offer(rand.nextInt(i + 10));
    printQ(queue);
    Queue<Character> qc = new LinkedList<Character>();
    for(char c : "Brontosaurus".toCharArray())
      qc.offer(c);
    printQ(qc);
  }
} /* Output:
8 1 1 1 5 14 3 1 0 1
B r o n t o s a u r u s
*///:~

offer()方法是与Queue相关的方法之一，将一个元素插入到队尾，或者返回false。peek()和element()都将不移除的情况下返回对头，但是peek()方法在队列为空时返回null，而element()会抛出NoSuchElementException()异常。poll()和remove()方法将移除并返回对头，但是poll()在队列为空时返回null，而remove()会抛出NoSuchElementException()异常。

11.11.1 PriorityQueue()

先进先出描述了最典型的队列规则。队列规则是指在给定一组队列中的元素的情况下，确定下一个弹出队列的元素的规则。优先级队列声明下一个弹出的元素是最需要的元素（具有最高的优先级）。
当你在PirorityQueue上调用offer()方法插入一个对象时，这个对象会在队列中被排序。默认的排序将使用对象在队列中的自然顺序，但是你可以通过提供自己的Comparator来修改这个顺序。PriorityQueue可以确保当你调用peek()，poll()和remove()方法时，获取的元素将是队列中优先级最高的元素。

11.12 Collection和Iterator

Collection是描述所有序列容器的接口。java.util.AbstractCollection类提供了Collection的默认实现，使得你可以创建AbstractCollection的子类型，而其中没有不必要的代码重复。
如果你实现Collection，就必须实现iterator()。

11.13 Foreach与迭代器

foreach可以应用于任何Collection对象。这是因为，所有Collection类（但是不包括各种Map）都是Iterable类型。Iterable接口，该接口包含了一个能够产生Iterator的iterator()方法，并且Iterable接口被foreach用来在序列中移动。因此如果你创建了任何实现Iterable的类，都可以将它用于foreach语句中。

//: holding/IterableClass.java
// Anything Iterable works with foreach.
import java.util.*;

public class IterableClass implements Iterable<String> {
  protected String[] words = ("And that is how " +
    "we know the Earth to be banana-shaped.").split(" ");
  public Iterator<String> iterator() {
    return new Iterator<String>() {
      private int index = 0;
      public boolean hasNext() {
        return index < words.length;
      }
      public String next() { return words[index++]; }
      public void remove() { // Not implemented
        throw new UnsupportedOperationException();
      }
    };
  }	
  public static void main(String[] args) {
    for(String s : new IterableClass())
      System.out.print(s + " ");
  }
} /* Output:
And that is how we know the Earth to be banana-shaped.
*///:~

11.13.1 适配器方法惯用法

当你有一个接口并需要另一个接口时，编写适配器就可以解决问题。
通过使用这种方式，可以在IterableClass.java示例中添加两种适配器方法：

//: holding/MultiIterableClass.java
// Adding several Adapter Methods.
import java.util.*;

public class MultiIterableClass extends IterableClass {
  public Iterable<String> reversed() {
    return new Iterable<String>() {
      public Iterator<String> iterator() {
        return new Iterator<String>() {
          int current = words.length - 1;
          public boolean hasNext() { return current > -1; }
          public String next() { return words[current--]; }
          public void remove() { // Not implemented
            throw new UnsupportedOperationException();
          }
        };
      }
    };
  }	
  public Iterable<String> randomized() {
    return new Iterable<String>() {
      public Iterator<String> iterator() {
        List<String> shuffled =
          new ArrayList<String>(Arrays.asList(words));
        Collections.shuffle(shuffled, new Random(47));
        return shuffled.iterator();
      }
    };
  }	
  public static void main(String[] args) {
    MultiIterableClass mic = new MultiIterableClass();
    for(String s : mic.reversed())
      System.out.print(s + " ");
    System.out.println();
    for(String s : mic.randomized())
      System.out.print(s + " ");
    System.out.println();
    for(String s : mic)
      System.out.print(s + " ");
  }
} /* Output:
banana-shaped. be to Earth the know we how is that And
is banana-shaped. Earth that how the be And we know to
And that is how we know the Earth to be banana-shaped.
*///:~

注意，第二个方法random()没有创建它自己的Iterator，而是直接返回被打乱的List中的Iterator。
从输出中可以看到，Collection.shuffle()方法没有影响到原来的数组，而只是打乱了shuffled中的引用。之所以这样，只是因为randomized()方法用一个ArrayList将Arrays.asList()方法的结果包装了起来。如果这个由Arrays.asList()方法产生的List被直接打乱，那么它就会修改底层的数组，就像下面这样：

//: holding/ModifyingArraysAsList.java
import java.util.*;

public class ModifyingArraysAsList {
  public static void main(String[] args) {
    Random rand = new Random(47);
    Integer[] ia = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
    List<Integer> list1 =
      new ArrayList<Integer>(Arrays.asList(ia));
    System.out.println("Before shuffling: " + list1);
    Collections.shuffle(list1, rand);
    System.out.println("After shuffling: " + list1);
    System.out.println("array: " + Arrays.toString(ia));

    List<Integer> list2 = Arrays.asList(ia);
    System.out.println("Before shuffling: " + list2);
    Collections.shuffle(list2, rand);
    System.out.println("After shuffling: " + list2);
    System.out.println("array: " + Arrays.toString(ia));
  }
} /* Output:
Before shuffling: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
After shuffling: [4, 6, 3, 1, 8, 7, 2, 5, 10, 9]
array: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
Before shuffling: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
After shuffling: [9, 1, 6, 3, 7, 2, 5, 10, 4, 8]
array: [9, 1, 6, 3, 7, 2, 5, 10, 4, 8]
*///:~

在第一种情况，Arrays.asList()的输出被传递给了ArrayList()的构造器，这将创建一个易用ia的元素的ArrayList，一次打乱了这些引用不会修改该数组。

11.14 总结

下面的示例展示了各种不同的类在方法上的差异。

//: holding/ContainerMethods.java
import net.mindview.util.*;

public class ContainerMethods {
  public static void main(String[] args) {
    ContainerMethodDifferences.main(args);
  }
} /* Output: (Sample)
Collection: [add, addAll, clear, contains, containsAll, equals, hashCode, isEmpty, iterator, remove, removeAll, retainAll, size, toArray]
Interfaces in Collection: [Iterable]
Set extends Collection, adds: []
Interfaces in Set: [Collection]
HashSet extends Set, adds: []
Interfaces in HashSet: [Set, Cloneable, Serializable]
LinkedHashSet extends HashSet, adds: []
Interfaces in LinkedHashSet: [Set, Cloneable, Serializable]
TreeSet extends Set, adds: [pollLast, navigableHeadSet, descendingIterator, lower, headSet, ceiling, pollFirst, subSet, navigableTailSet, comparator, first, floor, last, navigableSubSet, higher, tailSet]
Interfaces in TreeSet: [NavigableSet, Cloneable, Serializable]
List extends Collection, adds: [listIterator, indexOf, get, subList, set, lastIndexOf]
Interfaces in List: [Collection]
ArrayList extends List, adds: [ensureCapacity, trimToSize]
Interfaces in ArrayList: [List, RandomAccess, Cloneable, Serializable]
LinkedList extends List, adds: [pollLast, offer, descendingIterator, addFirst, peekLast, removeFirst, peekFirst, removeLast, getLast, pollFirst, pop, poll, addLast, removeFirstOccurrence, getFirst, element, peek, offerLast, push, offerFirst, removeLastOccurrence]
Interfaces in LinkedList: [List, Deque, Cloneable, Serializable]
Queue extends Collection, adds: [offer, element, peek, poll]
Interfaces in Queue: [Collection]
PriorityQueue extends Queue, adds: [comparator]
Interfaces in PriorityQueue: [Serializable]
Map: [clear, containsKey, containsValue, entrySet, equals, get, hashCode, isEmpty, keySet, put, putAll, remove, size, values]
HashMap extends Map, adds: []
Interfaces in HashMap: [Map, Cloneable, Serializable]
LinkedHashMap extends HashMap, adds: []
Interfaces in LinkedHashMap: [Map]
SortedMap extends Map, adds: [subMap, comparator, firstKey, lastKey, headMap, tailMap]
Interfaces in SortedMap: [Map]
TreeMap extends Map, adds: [descendingEntrySet, subMap, pollLastEntry, lastKey, floorEntry, lastEntry, lowerKey, navigableHeadMap, navigableTailMap, descendingKeySet, tailMap, ceilingEntry, higherKey, pollFirstEntry, comparator, firstKey, floorKey, higherEntry, firstEntry, navigableSubMap, headMap, lowerEntry, ceilingKey]
Interfaces in TreeMap: [NavigableMap, Cloneable, Serializable]
*///:~