Java 集合

在 Java 編程中，集合框架（java.util 包）是處理一組對象的強大工具。與數組不同，集合提供了更靈活的數據存儲和操作方式。本文將詳細介紹 Java 集合框架的核心接口、常用實現類及其應用場景，幫助你更好地理解和使用集合。

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1. 什么是集合？

集合是用于存儲一組對象的容器。Java 集合框架提供了多種數據結構和算法，方便開發者對數據進行增刪改查等操作。集合框架主要分為兩大類：

1. Collection 接口：用于存儲一組對象。
2. Map 接口：用于存儲鍵值對（key-value）。

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2. 集合框架的核心接口

2.1 Collection 接口

Collection 是集合框架的根接口，它有三個主要的子接口：

1. List：有序且允許重復元素的集合。
2. Set：無序且不允許重復元素的集合。
3. Queue：用于存儲待處理元素的隊列。

2.2 Map 接口

Map 用于存儲鍵值對，鍵（key）是唯一的，值（value）可以重復。常見的實現類有 HashMap、TreeMap 等。

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3. 集合與數組的對比

特性	數組	集合
容量	固定大小	動態擴展
數據類型	可以存儲基本類型和引用類型	只能存儲引用類型
功能	功能有限	提供豐富的操作方法
適用場景	數據量固定且簡單	數據量動態變化且復雜

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4. List 集合

List 是有序且允許重復元素的集合，常用的實現類有 ArrayList 和 LinkedList。

4.1 ArrayList

ArrayList 是基于動態數組實現的，適合隨機訪問和遍歷。

常用方法：

• add(E e)：添加元素。
• remove(int index)：刪除指定位置的元素。
• get(int index)：獲取指定位置的元素。
• set(int index, E element)：修改指定位置的元素。

示例：

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class ArrayListDemo {public static void main(String[] args) {List<String> list = new ArrayList<>();list.add("Java");list.add("Python");list.add("C++");System.out.println(list); // 輸出: [Java, Python, C++]}
}

4.2 LinkedList

LinkedList 是基于雙向鏈表實現的，適合頻繁的插入和刪除操作。

常用方法：

• addFirst(E e)：在鏈表頭部添加元素。
• addLast(E e)：在鏈表尾部添加元素。
• removeFirst()：刪除鏈表頭部的元素。
• removeLast()：刪除鏈表尾部的元素。

示例：

import java.util.LinkedList;public class LinkedListDemo {public static void main(String[] args) {LinkedList<String> list = new LinkedList<>();list.add("Java");list.addFirst("Python");list.addLast("C++");System.out.println(list); // 輸出: [Python, Java, C++]}
}

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5. Set 集合

Set 是無序且不允許重復元素的集合，常用的實現類有 HashSet 和 TreeSet。

5.1 HashSet

HashSet 是基于哈希表實現的，適合快速查找和去重。

常用方法：

• add(E e)：添加元素。
• remove(Object o)：刪除元素。
• contains(Object o)：判斷是否包含指定元素。

示例：

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;public class HashSetDemo {public static void main(String[] args) {Set<String> set = new HashSet<>();set.add("Java");set.add("Python");set.add("Java"); // 重復元素不會被添加System.out.println(set); // 輸出: [Java, Python]}
}

5.2 TreeSet

TreeSet 是基于紅黑樹實現的，元素會按照自然順序或自定義順序排序。

示例：

import java.util.TreeSet;
import java.util.Set;public class TreeSetDemo {public static void main(String[] args) {Set<String> set = new TreeSet<>();set.add("Java");set.add("Python");set.add("C++");System.out.println(set); // 輸出: [C++, Java, Python]}
}

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6. Map 集合

Map 用于存儲鍵值對，常用的實現類有 HashMap 和 TreeMap。

6.1 HashMap

HashMap 是基于哈希表實現的，適合快速查找和插入。

常用方法：

• put(K key, V value)：添加鍵值對。
• get(Object key)：根據鍵獲取值。
• remove(Object key)：刪除指定鍵的映射。

示例：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;public class HashMapDemo {public static void main(String[] args) {Map<String, String> map = new HashMap<>();map.put("Java", "編程語言");map.put("Python", "腳本語言");System.out.println(map.get("Java")); // 輸出: 編程語言}
}

6.2 TreeMap

TreeMap 是基于紅黑樹實現的，鍵會按照自然順序或自定義順序排序。

示例：

import java.util.TreeMap;
import java.util.Map;public class TreeMapDemo {public static void main(String[] args) {Map<String, String> map = new TreeMap<>();map.put("Java", "編程語言");map.put("Python", "腳本語言");map.put("C++", "系統編程語言");System.out.println(map); // 輸出: {C++=系統編程語言, Java=編程語言, Python=腳本語言}}
}

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7. 集合的應用場景

1. 動態數據存儲：當數據量不確定時，使用集合比數組更靈活。
2. 去重：使用 Set 集合可以輕松實現數據去重。
3. 鍵值對存儲：使用 Map 集合可以方便地存儲和查找鍵值對。
4. 排序：使用 TreeSet 或 TreeMap 可以實現元素的自動排序。

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8. 小結

• 集合框架是 Java 中處理一組對象的強大工具，分為 Collection 和 Map 兩大類。
• List 是有序且允許重復的集合，常用實現類有 ArrayList 和 LinkedList。
• Set 是無序且不允許重復的集合，常用實現類有 HashSet 和 TreeSet。
• Map 是鍵值對的集合，常用實現類有 HashMap 和 TreeMap。