day13_Collection、泛型

Collection集合

集合概述

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。

学习集合的目标

• 会使用集合存储数据
• 会遍历集合，把数据取出来
• 掌握每种集合的特性

集合框架的学习方式

• 学习顶层：学习顶层接口/抽象类中共性的方法，所有子类都可以使用
• 使用底层：顶层不是接口就是抽象类，需要使用底层的子类创建对象使用

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。

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。

总结：

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。它有两个重要的子接口，分别是：java.util.List 和 java.util.Set 。

java.util.List 

特点：

• 有序的集合（存储和取出的顺序相同）
• 允许存储重复的元素
• 有索引，可以使用普通的for循环遍历

java.util.Set

特点：

• 不允许存储重复元素
• 没有索引（不能使用普通的for循环的遍历）

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。

代码演示，方法的基本使用

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

public class Demo01Collection {
    public static void main(String[] args) {
        //创建集合对象,可以使用多态
        Collection<Integer> collection = new ArrayList<>();
        //打印对象名称，不是内存地址就是重写了toString方法
        System.out.println(collection);//[]
          /*
            public boolean add(E e)：  把给定的对象添加到当前集合中 。
            返回值是一个boolean值,一般都返回true,所以可以不用接收
         */
        System.out.println(collection.add(1));//true
        //添加几个测试元素,按着添加顺序依次存储在ArrayList集合中
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            collection.add(i);
        }
        System.out.println(collection);//[1, 0, 1, 2, 3, 4]
         /*
            public boolean remove(E e): 把给定的对象在当前集合中删除。
            返回值是一个boolean值,集合中存在元素,删除元素,返回true
                                集合中不存在元素,删除失败,返回false
         */
        //如果给定的元素在ArrayList中有多个，则删除第一个
        System.out.println(collection.remove(1));//true
        System.out.println(collection.remove(5));//false
        System.out.println(collection);//[0, 1, 2, 3, 4]
          /*
            public boolean contains(E e): 判断当前集合中是否包含给定的对象。
            包含返回true
            不包含返回false
         */
        System.out.println(collection.contains(0));//true
        System.out.println(collection.contains(5));//false

        //public boolean isEmpty(): 判断当前集合是否为空。 集合为空返回true,集合不为空返回false
        System.out.println(collection.isEmpty());//false

        //public int size(): 返回集合中元素的个数。
        System.out.println(collection.size());//5
        //public Object[] toArray(): 把集合中的元素，存储到数组中。
        Object[] objects = collection.toArray();
        //遍历数组
        for (int i = 0; i < objects.length; i++) {
            System.out.print(objects[i] + " ");//0 1 2 3 4

        }
        //public void clear() :清空集合中所有的元素。但是不删除集合,集合还存在
        collection.clear();
        System.out.println(collection);//[]
        System.out.println(collection.isEmpty());//true


    }
}

Iterator迭代器

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， Collection接口中有一个方法,叫iterator(),这个方法返回的就是迭代器的实现类对象。

• public Iterator<E> iterator() 返回在此 collection 的元素上进行迭代的迭代器。

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。

迭代器的使用步骤(重点):

1. 使用集合中的方法iterator()获取迭代器的实现类对象,使用Iterator接口接收(多态)
2. 使用Iterator接口中的方法hasNext判断还有没有下一个元素
3. 使用Iterator接口中的方法next取出集合中的下一个元素

注意：

• 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。

举例演示

package demo01;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;

public class Demo01Iterator {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个集合对象
        Collection<String> coll = new ArrayList<>();
        //往集合中添加元素
        coll.add("姚明");
        coll.add("科比");
        coll.add("麦迪");
        coll.add("詹姆斯");
        coll.add("艾弗森");

        /*
            1.使用集合中的方法iterator()获取迭代器的实现类对象,使用Iterator接口接收(多态)
            注意:
                Iterator<E>接口也是有泛型的,迭代器的泛型跟着集合走,集合是什么泛型,迭代器就是什么泛型
         */
        //多态  接口            实现类对象
        Iterator<String> it = coll.iterator();

        //2.使用Iterator接口中的方法hasNext判断还有没有下一个元素
        while (it.hasNext()) {
            //3.使用Iterator接口中的方法next取出集合中的下一个元素
            String e = it.next();
            System.out.println(e);
        }
        /*
        for循环使用迭代器
        for(Iterator<String> it2 = coll.iterator();it2.hasNext();){
            String e = it2.next();
            System.out.println(e);
        }
        */

    }
}

代码执行后的结果

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：

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。

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：

 举例演示

package demo01;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

/*
    增强for循环:底层使用的也是迭代器,使用for循环的格式,简化了迭代器的书写
    是JDK1.5之后出现的新特性
    Collection<E>extends Iterable<E>:所有的单列集合都可以使用增强for
    public interface Iterable<T>实现这个接口允许对象成为 "foreach" 语句的目标。

    增强for循环:用来遍历集合和数组

    格式:
        for(集合/数组的数据类型 变量名: 集合名/数组名){
            System.out.println(变量名);
        }
 */
public class Demo02Foreach {
    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);
        }
        System.out.println("==============================");

        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遍历集合
        for (String s : coll) {
            //接收变量s代表被遍历到的集合元素
            System.out.println(s);
        }

    }

}

代码执行后的结果

泛型

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：

package demo02;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;

public class GenericDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //由于集合没有做任何限定，任何类型都可以给其中存放
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add("abc");
        coll.add(true);
        coll.add(5);
        //获取迭代器对象
        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：由于集合中没有指定泛型，默认的类型为Object类型，导致集合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最好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。

泛型的概念

泛型：可以在类或方法中预支地使用未知的类型。泛型也可以看出是一个变量，用来接收数据类型。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。

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：

package demo02;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
import java.util.Iterator;

public class GenericDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        Collection<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("abc");
        list.add("java");
        // 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()) {
            //当使用Iterator<String>遍历元素类型后，就不需要强转了。获取到的元素直接就是String类型
            String str = it.next();
            //可以使用String的所有方法
            System.out.println(str.length());
        }
    }
}

当然使用泛型有一点点弊端：泛型是什么类型,只能存储什么类型的数据 ,我们可以忽略不计。

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：

代码举例

package demo02;
/*
    定义一个含有泛型的类,模拟ArrayList集合
    泛型是一个未知的数据类型,当我们不确定什么什么数据类型的时候,可以使用泛型
    泛型可以接收任意的数据类型,可以使用Integer,String,Student...
 */

//定义含有泛型的类
public class GenericClass<E> {
    // 我们不知道id是什么类型 所以我们可以使用泛型来代替
    private E id;
    public String name;

    public E getId() {
        return id;
    }

    public void setId(E id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public void eat(String name) {
        System.out.println("我的名字是：" + name);
    }

}

定义测试类

package demo02;

public class Demo02GenericClass {
    public static void main(String[] args) {
        //不写泛型默认为Object类型，类中使用泛型的地方可以接收任意类型的数据
        GenericClass gc = new GenericClass();

        //创建GenericClass对象,泛型使用Integer类型
        GenericClass<Integer> gc2 = new GenericClass<>();
        // 类中使用泛型的地方只能接收创建对象的时候指定的泛型
        gc2.setId(1);

        //创建GenericClass对象,泛型使用String类型
        GenericClass<String> gc3 = new GenericClass<>();
        // 类中使用泛型的地方只能接收创建对象的时候指定的泛型
        gc3.setId("a");

    }

}

什么时候确定泛型的类型（使用泛型）

• 在创建对象的时候确定泛型 

含有泛型的方法

定义格式：

代码举例

package demo02;

/*
    定义含有泛型的方法:泛型定义在方法的修饰符和返回值类型之间

    格式:
        修饰符 <泛型> 返回值类型 方法名(参数列表(使用泛型)){
            方法体;
        }

    含有泛型的方法,在调用方法的时候确定泛型的数据类型
    传递什么类型的参数,泛型就是什么类型
 */
public class GenericMethod {
    //定义一个含有泛型的方法
    public <M> void method01(M m){
        System.out.println(m);
    }

    //定义一个含有泛型的静态方法
    public static <S> void method02(S s){
        System.out.println(s);
    }
}

定义测试类

package demo02;


/*
    测试含有泛型的方法
 */
public class Demo03GenericMethod {
    public static void main(String[] args) {
        //创建GenericMethod对象
        GenericMethod gm = new GenericMethod();

        /*
            调用含有泛型的方法method01
            传递什么类型,泛型就是什么类型
         */
        gm.method01(10);
        gm.method01("abc");
        gm.method01(8.8);
        gm.method01(true);

        gm.method02("静态方法,不建议创建对象使用");

        //静态方法,通过类名.方法名(参数)可以直接使用
        GenericMethod.method02("静态方法");
        GenericMethod.method02(1);
    }
}

什么时候确定泛型的类型（使用泛型）

• 调用方法时，确定泛型的类型 

含有泛型的接口 

定义格式： 

代码举例

定义接口GenericInterface

package demo02;

//定义含有泛型的接口
public interface GenericInterface<E> {
    public abstract void method(E i);
}

定义实现类GenericInterfaceImpl1

使用泛型方式1：定义类时确定泛型的类型 

package demo02;


/*
    含有泛型的接口,第一种使用方式:定义接口的实现类,实现接口,指定接口的泛型 

　　例如：
    Scanner类实现了Iterator接口,并指定接口的泛型为String,所以重写的next方法泛型默认就是String
    public final class Scanner implements Iterator<String>{
        public String next() {}
    }
 */
public class GenericInterfaceImpl1 implements GenericInterface<String> {
    @Override
    public void method(String s) {
        System.out.println(s);
    }
}

定义实现类GenericInterfaceImpl2

使用泛型方式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 

package demo02;

/*
    含有泛型的接口第二种使用方式:接口使用什么泛型,实现类就使用什么泛型,类跟着接口走
    就相当于定义了一个含有泛型的类,创建对象的时候确定泛型的类型
    例如：
    public class ArrayList<E> implements List<E>{
        public boolean add(E e) {}
        public E get(int index) {}
    }
 */
public class GenericInterfaceImpl2<I> implements GenericInterface<I> {
    @Override
    public void method(I i) {
        System.out.println(i);
    }
}

定义测试类

package demo02;


/*
    测试含有泛型的接口
 */
public class Demo04GenericInterface {
    public static void main(String[] args) {
        //创建GenericInterfaceImpl1对象，泛型已经有实现类确定
        GenericInterfaceImpl1 gi1 = new GenericInterfaceImpl1();
        gi1.method("字符串");

        //创建GenericInterfaceImpl2对象，指定泛型为Integer
        GenericInterfaceImpl2<Integer> gi2 = new GenericInterfaceImpl2<>();
        gi2.method(10);
        
        //创建GenericInterfaceImpl2对象，指定泛型为Double
        GenericInterfaceImpl2<Double> gi3 = new GenericInterfaceImpl2<>();
        gi3.method(8.8);
    }
}

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： 

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;

/*
    泛型的通配符:
        ?:代表任意的数据类型
    使用方式:
        不能创建对象使用
        只能作为方法的参数使用
 */
public class Demo05Generic {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> list01 = new ArrayList<>();
        list01.add(1);
        list01.add(2);

        ArrayList<String> list02 = new ArrayList<>();
        list02.add("a");
        list02.add("b");

        printArray(list01);
        printArray(list02);

        //ArrayList<?> list03 = new ArrayList<?>();
    }

    /*
        定义一个方法,能遍历所有类型的ArrayList集合
        这时候我们不知道ArrayList集合使用什么数据类型,可以泛型的通配符?来接收数据类型
        注意:
            泛型没有继承概念的
     */
    public static void printArray(ArrayList<?> list){
        //使用迭代器遍历集合
        Iterator<?> it = list.iterator();
        while(it.hasNext()){
            //it.next()方法,取出的元素是Object,可以接收任意的数据类型
            Object o = it.next();
            System.out.println(o);
        }
    }
}

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 

例如：

// 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 getElement1(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){}

集合综合案例

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。 

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shufflfflffle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。 

案例实现

package demo02;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;

/*
    斗地主综合案例:
        1.准备牌
        2.洗牌
        3.发牌
        4.看牌
 */
public class DouDiZhu {
    public static void main(String[] args) {
        //1.准备牌
        //定义一个存储54张牌的ArrayList集合,泛型使用String
        ArrayList<String> poker = new ArrayList<>();
        //定义两个数组,一个数组存储牌的花色,一个数组存储牌的序号
        String[] colors = {"♠","♥","♣","♦"};
        String[] numbers = {"2","A","K","Q","J","10","9","8","7","6","5","4","3"};
        //先把大王和小王存储到poker集合中
        poker.add("大王");
        poker.add("小王");
        //循环嵌套遍历两个数组,组装52张牌
        for(String number : numbers){
            for (String color : colors) {
                //把组装好的牌存储到poker集合中
                poker.add(color+number);
            }
        }
        
        /*
            2.洗牌
            使用集合的工具类Collections中的方法
            static void shuffle(List<?> list) 使用默认随机源对指定列表进行置换。
         */
        Collections.shuffle(poker);
        //System.out.println(poker);

        /*
            3.发牌
         */
        //定义4个集合,存储玩家的牌和底牌
        ArrayList<String> player01 = new ArrayList<>();
        ArrayList<String> player02 = new ArrayList<>();
        ArrayList<String> player03 = new ArrayList<>();
        ArrayList<String> diPai = new ArrayList<>();

        /*
            遍历poker集合,获取每一张牌
            使用poker集合的索引%3给3个玩家轮流发牌
            剩余3张牌给底牌
            注意:
                先判断底牌(i>=51),否则牌就发没了
         */
        for (int i = 0; i < poker.size() ; i++) {
            //获取每一张牌
            String p = poker.get(i);
            //轮流发牌
            if(i>=51){
                //给底牌发牌
                diPai.add(p);
            }else if(i%3==0){
                //给玩家1发牌
                player01.add(p);
            }else if(i%3==1){
                //给玩家2发牌
                player02.add(p);
            }else if(i%3==2){
                //给玩家3发牌
                player03.add(p);
            }
        }

        //4.看牌
        System.out.println("刘德华:"+player01);
        System.out.println("周润发:"+player02);
        System.out.println("周星驰:"+player03);
        System.out.println("底牌:"+diPai);
    }
}

代码执行后的结果