Java基础 -- 11 Collection、泛型

Collection集合
集合的定义：集合是java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：
1、数组的长度是固定的，集合的长度是可变的
2、数组存储的数据类型都是基本类型，必须存储是同一类型的元素。集合里面存储的是对象，而且对象的类型可以不一致，在对象多的时候可以使用集合存储
集合分为单列集合java.util.Collection和双列集合java.util.Map
Collection：单列集合的根接口，它有两个重要的子接口，java.util.List和java.util.Set。
List：元素有序，可重复，元素有索引值，主要实现类有java.util.ArrayList和java.util.LinkedList
Set：元素无序，不可重复，元素没有索引值，主要实现类有java.util.HashSet和java.util.TreeSet。
橙色框是接口类型，蓝色框是实现类

Collection 常用功能：
public boolean add（E e）：把给定的对象添加到集合中。
public boolean contains(E e):判断当前集合中是否包含给定的对象
public boolean remove(E e): 把给定的对象在当前集合中删除。
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。
public void clear() :清空集合中所有的元素。
public boolean isEmpty(): 判断当前集合是否为空。

方法演示
import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

public class Demo0 1Collection {
    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());  	
	}
}

Iterator迭代器
Iterator接口
java.util.Iterator是一个接口，也是Java集合中的一员，但是它与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。
Iterator接口的常用方法如下：

public boolean hasNext():如果仍有元素可以迭代，则返回 true。
public E next():返回迭代的下一个元素。
public void remove():删除元素
使用步骤
获取迭代器
判断是否有下一个元素
获取元素
重复执行2和3步骤，直到2判断没有下一个元素。

在以上每重复2、3步骤一次，我们称为一次迭代。
代码实现

第一步中获取迭代器，无需我们自己创建实现类，在Collction接口中如下方法进行获取：

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

接下来我们通过案例学习如何使用Iterator迭代集合中元素：

public class IteratorDemo {
  	public static void main(String[] args) {
        // 使用多态方式 创建集合对象
        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。

迭代器的实现原理
当使用迭代器遍历集合时，首先通过调用集合的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：
在这里插入图片描述
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循环：
增强for循环(也称foreach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个Iterator迭代器。

格式：

for(元素数据类型  变量 : Collection集合或数组){ 
  	//写操作代码
}

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

数组使用增强for循环案例：

public class Demo01ForEach_Array {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {10, 100, 1000, 10000};
        //使用增强for循遍历数组
        for (int num : arr) {
            //num 中的值就当此循环获取数组元素的值
            System.out.println("num = " + num);
        }
    }
}

Colloection集合增强for循环案例：

public class Demo02ForEach_Collection {
    public static void main(String[] args) {
        Collection<String> coll=new ArrayList<>();
      	coll.add("迪丽热巴");
      	coll.add("古力娜扎");
      	coll.add("马儿扎哈");
        //使用增强for循遍历数组
        for (String str : coll) {
            //str 中的值就当此循环获取集合的值
            System.out.println("str = " + str);
        }
    }
}

迭代器使用注意事项：
使用Iterator迭代器遍历集合过程中特别要注意不能同时对集合中的元素进行增删操作。否则会报错ConcurrentModificationException。
例如：

public class Demo03Notice {
    public static void main(String[] args) {
        Collection<String> coll = new ArrayList<>();
        coll.add("古力娜扎");
        coll.add("迪丽热巴");
        coll.add("马儿扎哈");

        Iterator<String> iter = coll.iterator();
        while (iter.hasNext()) {
            String next = iter.next();
            System.out.println(next);
            coll.remove("马儿扎哈");//报错
        }

    }
}

增强for循环底层也是迭代器实现的，也不能进行增删操作
如下图：在这里插入图片描述
1.迭代器用来遍历集合元素，使用简单，步骤如下：

获取迭代器： Iterator iter = 集合对象.iterator()
判断是否有下一个元素:boolean hasNext = iter.hasNext();
获取下一个元素: 变量 = iter.next();
重复2，3步骤，直到没有下一个元素：使用while循环操作

2.增强for循环：底层实现也是迭代器，可以对集合和数组进行遍历，使用非常方便

for( 类型 变量： 集合或者数组){  }： 中的变量就是每次循环获取的元素

泛型：

在创建集合ArrayList对象的时候，我们需要使用泛型指定存储的数据类型。如果集合不指定数据类型，就可以存储任意类型的数据了，此时这些数据都会向上转型为Object类型。取出集合中数据进行处理时，必定需要进行类型转换。

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？很好理解，由于集合中什么类型的元素都可以存储。导致取出的数据实际并不是强转对应的数据，从而引发运行时 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，接口或方法支持泛型，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：定义在类，接口或方法中可以预先使用的未知引用类型。

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。

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。

泛型定义格式

修饰符 class 类名 <代表泛型的变量>{  }

泛型变量一般为大写的字母表示。

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

使用泛型即什么时候确定泛型的具体类型。泛型类可以在创建对象的时候确定泛型

例如集合类ArrayList: ArrayList 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：

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

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

再例如，ArrayList list = new ArrayList();

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) {  }    
     ...}

自定义泛型类并使用

步骤：
按格式定义泛型类
创建对象的时候，给泛型指定具体类型
代码实现如下

1 按格式定义泛型类

public class MyGenericClass<MVP> {
	//没有M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 m) {
        this.m = m;
    }
     
    public MVP getMVP() {
        return mvp;
    }
}

2 创建对象的时候，给泛型指定具体类型

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();
    }
}

含有方法的泛型
定义格式

修饰符<代表泛型的变量>  返回值类型 方法名(参数){  }

如下：

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"); // MVP -> String
        mm.show(123); // MVP -> Integer
        mm.show(12.45); // MVP -> Double
    }
}

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();  
}

定义实现类时确定泛型的类型

例如:

public class MyImp1 implements MyGenericInterface<String> {
	 @Override
   public void add(String e) {
        // 省略...
   }

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

此时泛型E就是String类型

始终不确定泛型的类型，直到创建对象时，确定泛型的类型
此时一定要先在本类类名后面先声明一个泛型，然后再使用
例如

public class MyImp2<E> implements MyGenericInterface <E> {
	@Override
	public void add(E e) {
       	 // 省略...
	}

	@Override
	public 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");
    }
}

泛型通配符
当使用泛型类或者接口时，传递的数据中，若泛型类型不确定，可以通过通配符<?>表示。 ?就是泛型通配符，用来指定任意的数据类型

通配符使用的案例

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 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){}

使用泛型时当无法确定具体类型时，我们可以使用泛型通配符？来表示任意的数据类型。
1. 集合使用了泛型通配符：元素会自动提升为Object，只能取，不能存
泛型的通配符更高级的用法就是受限的泛型了：
1. *泛型的上限<? extends 类> *:只能使用该类或其子类
2. 泛型的下限 <? super 类>：只能接收该类型及其父类型
  案例

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。

分析：
1.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。
2.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。
3.看牌
直接打印每个集合

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  ==0
                if(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);  
	}
}

青阳小彭

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