Java筆記05-Collection、泛型、迭代器

【Collection、泛型】

主要內容

• Collection集合
• 迭代器
• 增強for
• 泛型

第一章 Collection集合

1.1 集合概述

在前面基礎班我們已經學習過并使用過集合ArrayList ,那么集合到底是什么呢?

• 集合：集合是java中提供的一種容器，可以用來存儲多個數據。

集合和數組既然都是容器，它們有啥區別呢？

• 數組的長度是固定的。集合的長度是可變的。
• 數組中存儲的是同一類型的元素，可以存儲基本數據類型值。集合存儲的都是對象。而且對象的類型可以不一致。在開發中一般當對象多的時候，使用集合進行存儲。

1.2 集合框架

JAVASE提供了滿足各種需求的API，在使用這些API前，先了解其繼承與接口操作架構，才能了解何時采用哪個類，以及類之間如何彼此合作，從而達到靈活應用。

集合按照其存儲結構可以分為兩大類，分別是單列集合java.util.Collection和雙列集合java.util.Map，今天我們主要學習Collection集合，在day04時講解Map集合。

• Collection：單列集合類的根接口，用于存儲一系列符合某種規則的元素，它有兩個重要的子接口，分別是java.util.List和java.util.Set。其中，List的特點是元素有序、元素可重復。Set的特點是元素無序，而且不可重復。List接口的主要實現類有java.util.ArrayList和java.util.LinkedList，Set接口的主要實現類有java.util.HashSet和java.util.TreeSet。

從上面的描述可以看出JDK中提供了豐富的集合類庫，為了便于初學者進行系統地學習，接下來通過一張圖來描述整個集合類的繼承體系。

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-Jrg7erUO-1572792572605)(img\Collection集合體系圖.png)]

其中，橙色框里填寫的都是接口類型，而藍色框里填寫的都是具體的實現類。這幾天將針對圖中所列舉的集合類進行逐一地講解。

集合本身是一個工具，它存放在java.util包中。在Collection接口定義著單列集合框架中最最共性的內容。

1.3 Collection 常用功能

Collection是所有單列集合的父接口，因此在Collection中定義了單列集合(List和Set)通用的一些方法，這些方法可用于操作所有的單列集合。方法如下：

• public boolean add(E e)： 把給定的對象添加到當前集合中 。
• public void clear() :清空集合中所有的元素。
• public boolean remove(E e): 把給定的對象在當前集合中刪除。
• public boolean contains(E e): 判斷當前集合中是否包含給定的對象。
• public boolean isEmpty(): 判斷當前集合是否為空。
• public int size(): 返回集合中元素的個數。
• public Object[] toArray(): 把集合中的元素，存儲到數組中。

方法演示：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;public class Demo1Collection {public static void main(String[] args) {// 創建集合對象 // 使用多態形式Collection<String> coll = new ArrayList<String>();// 使用方法// 添加功能  boolean  add(String s)coll.add("小李廣");coll.add("掃地僧");coll.add("石破天");System.out.println(coll);// boolean contains(E e) 判斷o是否在集合中存在System.out.println("判斷  掃地僧 是否在集合中"+coll.contains("掃地僧"));//boolean remove(E e) 刪除在集合中的o元素System.out.println("刪除石破天："+coll.remove("石破天"));System.out.println("操作之后集合中元素:"+coll);// size() 集合中有幾個元素System.out.println("集合中有"+coll.size()+"個元素");// Object[] toArray()轉換成一個Object數組Object[] objects = coll.toArray();// 遍歷數組for (int i = 0; i < objects.length; i++) {System.out.println(objects[i]);}// void  clear() 清空集合coll.clear();System.out.println("集合中內容為："+coll);// boolean  isEmpty()  判斷是否為空System.out.println(coll.isEmpty());     }
}

tips: 有關Collection中的方法可不止上面這些，其他方法可以自行查看API學習。

第二章 Iterator迭代器

2.1 Iterator接口

在程序開發中，經常需要遍歷集合中的所有元素。針對這種需求，JDK專門提供了一個接口java.util.Iterator。Iterator接口也是Java集合中的一員，但它與Collection、Map接口有所不同，Collection接口與Map接口主要用于存儲元素，而Iterator主要用于迭代訪問（即遍歷）Collection中的元素，因此Iterator對象也被稱為迭代器。

想要遍歷Collection集合，那么就要獲取該集合迭代器完成迭代操作，下面介紹一下獲取迭代器的方法：

• public Iterator iterator(): 獲取集合對應的迭代器，用來遍歷集合中的元素的。

下面介紹一下迭代的概念：

• 迭代：即Collection集合元素的通用獲取方式。在取元素之前先要判斷集合中有沒有元素，如果有，就把這個元素取出來，繼續在判斷，如果還有就再取出出來。一直把集合中的所有元素全部取出。這種取出方式專業術語稱為迭代。

Iterator接口的常用方法如下：

• public E next():返回迭代的下一個元素。
• public boolean hasNext():如果仍有元素可以迭代，則返回 true。

接下來我們通過案例學習如何使用Iterator迭代集合中元素：

public class IteratorDemo {public static void main(String[] args) {// 使用多態方式 創建對象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");//遍歷//使用迭代器 遍歷   每個集合對象都有自己的迭代器Iterator<String> it = coll.iterator();//  泛型指的是 迭代出 元素的數據類型while(it.hasNext()){ //判斷是否有迭代元素String s = it.next();//獲取迭代出的元素System.out.println(s);}}
}

tips:：在進行集合元素取出時，如果集合中已經沒有元素了，還繼續使用迭代器的next方法，將會發生java.util.NoSuchElementException沒有集合元素的錯誤。

2.2 迭代器的實現原理

我們在之前案例已經完成了Iterator遍歷集合的整個過程。當遍歷集合時，首先通過調用t集合的iterator()方法獲得迭代器對象，然后使用hashNext()方法判斷集合中是否存在下一個元素，如果存在，則調用next()方法將元素取出，否則說明已到達了集合末尾，停止遍歷元素。

Iterator迭代器對象在遍歷集合時，內部采用指針的方式來跟蹤集合中的元素，為了讓初學者能更好地理解迭代器的工作原理，接下來通過一個圖例來演示Iterator對象迭代元素的過程：

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-KVfSeo1w-1572792572607)(img\迭代器原理圖.bmp)]

在調用Iterator的next方法之前，迭代器的索引位于第一個元素之前，不指向任何元素，當第一次調用迭代器的next方法后，迭代器的索引會向后移動一位，指向第一個元素并將該元素返回，當再次調用next方法時，迭代器的索引會指向第二個元素并將該元素返回，依此類推，直到hasNext方法返回false，表示到達了集合的末尾，終止對元素的遍歷。

2.3 增強for

增強for循環(也稱for each循環)是JDK1.5以后出來的一個高級for循環，專門用來遍歷數組和集合的。它的內部原理其實是個Iterator迭代器，所以在遍歷的過程中，不能對集合中的元素進行增刪操作。

格式：

for(元素的數據類型  變量 : Collection集合or數組){ //寫操作代碼
}

它用于遍歷Collection和數組。通常只進行遍歷元素，不要在遍歷的過程中對集合元素進行增刪操作。

練習1：遍歷數組

public class NBForDemo1 {public static void main(String[] args) {int[] arr = {3,5,6,87};//使用增強for遍歷數組for(int a : arr){//a代表數組中的每個元素System.out.println(a);}}
}

練習2:遍歷集合

public class NBFor {public static void main(String[] args) {        Collection<String> coll = new ArrayList<String>();coll.add("小河神");coll.add("老河神");coll.add("神婆");//使用增強for遍歷for(String s :coll){//接收變量s代表 代表被遍歷到的集合元素System.out.println(s);}}
}

tips: 新for循環必須有被遍歷的目標。目標只能是Collection或者是數組。新式for僅僅作為遍歷操作出現。

第三章 泛型

3.1 泛型概述

在前面學習集合時，我們都知道集合中是可以存放任意對象的，只要把對象存儲集合后，那么這時他們都會被提升成Object類型。當我們在取出每一個對象，并且進行相應的操作，這時必須采用類型轉換。

大家觀察下面代碼：

public class GenericDemo {public static void main(String[] args) {Collection coll = new ArrayList();coll.add("abc");coll.add("itcast");coll.add(5);//由于集合沒有做任何限定，任何類型都可以給其中存放Iterator it = coll.iterator();while(it.hasNext()){//需要打印每個字符串的長度,就要把迭代出來的對象轉成String類型String str = (String) it.next();System.out.println(str.length());}}
}

程序在運行時發生了問題java.lang.ClassCastException。 為什么會發生類型轉換異常呢？ 我們來分析下：由于集合中什么類型的元素都可以存儲。導致取出時強轉引發運行時 ClassCastException。 怎么來解決這個問題呢？ Collection雖然可以存儲各種對象，但實際上通常Collection只存儲同一類型對象。例如都是存儲字符串對象。因此在JDK5之后，新增了泛型(Generic)語法，讓你在設計API時可以指定類或方法支持泛型，這樣我們使用API的時候也變得更為簡潔，并得到了編譯時期的語法檢查。

• 泛型：可以在類或方法中預支地使用未知的類型。

tips:一般在創建對象時，將未知的類型確定具體的類型。當沒有指定泛型時，默認類型為Object類型。

3.2 使用泛型的好處

上一節只是講解了泛型的引入，那么泛型帶來了哪些好處呢？

• 將運行時期的ClassCastException，轉移到了編譯時期變成了編譯失敗。
• 避免了類型強轉的麻煩。

通過我們如下代碼體驗一下：

public class GenericDemo2 {public static void main(String[] args) {Collection<String> list = new ArrayList<String>();list.add("abc");list.add("itcast");// list.add(5);//當集合明確類型后，存放類型不一致就會編譯報錯// 集合已經明確具體存放的元素類型，那么在使用迭代器的時候，迭代器也同樣會知道具體遍歷元素類型Iterator<String> it = list.iterator();while(it.hasNext()){String str = it.next();//當使用Iterator<String>控制元素類型后，就不需要強轉了。獲取到的元素直接就是String類型System.out.println(str.length());}}
}

tips:泛型是數據類型的一部分，我們將類名與泛型合并一起看做數據類型。

3.3 泛型的定義與使用

我們在集合中會大量使用到泛型，這里來完整地學習泛型知識。

泛型，用來靈活地將數據類型應用到不同的類、方法、接口當中。將數據類型作為參數進行傳遞。

定義和使用含有泛型的類

定義格式：

修飾符 class 類名<代表泛型的變量> {  }

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： 即什么時候確定泛型。

在創建對象的時候確定泛型

例如，ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();

此時，變量E的值就是String類型,那么我們的類型就可以理解為：

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

再例如，ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

此時，變量E的值就是Integer類型,那么我們的類型就可以理解為：

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

舉例自定義泛型類

public class MyGenericClass<MVP> {//沒有MVP類型，在這里代表 未知的一種數據類型 未來傳遞什么就是什么類型private MVP mvp;public void setMVP(MVP mvp) {this.mvp = mvp;}public MVP getMVP() {return mvp;}
}

使用:

public class GenericClassDemo {public static void main(String[] args) {         // 創建一個泛型為String的類MyGenericClass<String> my = new MyGenericClass<String>();      // 調用setMVPmy.setMVP("大胡子登登");// 調用getMVPString mvp = my.getMVP();System.out.println(mvp);//創建一個泛型為Integer的類MyGenericClass<Integer> my2 = new MyGenericClass<Integer>(); my2.setMVP(123);         Integer mvp2 = my2.getMVP();}
}

含有泛型的方法

定義格式：

修飾符 <代表泛型的變量> 返回值類型 方法名(參數){  }

例如，

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：調用方法時，確定泛型的類型

public class GenericMethodDemo {public static void main(String[] args) {// 創建對象MyGenericMethod mm = new MyGenericMethod();// 演示看方法提示mm.show("aaa");mm.show(123);mm.show(12.45);}
}

含有泛型的接口

定義格式：

修飾符 interface接口名<代表泛型的變量> {  }

例如，

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

使用格式：

1、定義類時確定泛型的類型

例如

public class MyImp1 implements MyGenericInterface<String> {@Overridepublic void add(String e) {// 省略...}@Overridepublic String getE() {return null;}
}

此時，泛型E的值就是String類型。

2、始終不確定泛型的類型，直到創建對象時，確定泛型的類型

例如

public class MyImp2<E> implements MyGenericInterface<E> {@Overridepublic void add(E e) {// 省略...}@Overridepublic E getE() {return null;}
}

確定泛型：

/** 使用*/
public class GenericInterface {public static void main(String[] args) {MyImp2<String>  my = new MyImp2<String>();  my.add("aa");}
}

3.4 泛型通配符

當使用泛型類或者接口時，傳遞的數據中，泛型類型不確定，可以通過通配符<?>表示。但是一旦使用泛型的通配符后，只能使用Object類中的共性方法，集合中元素自身方法無法使用。

通配符基本使用

泛型的通配符:不知道使用什么類型來接收的時候,此時可以使用?,?表示未知通配符。

此時只能接受數據,不能往該集合中存儲數據。

舉個例子大家理解使用即可：

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){}
//？代表可以接收任意類型

tips:泛型不存在繼承關系 Collection list = new ArrayList();這種是錯誤的。

通配符高級使用----受限泛型

之前設置泛型的時候，實際上是可以任意設置的，只要是類就可以設置。但是在JAVA的泛型中可以指定一個泛型的上限和下限。

泛型的上限：

• 格式： 類型名稱 <? extends 類 > 對象名稱
• 意義： 只能接收該類型及其子類

泛型的下限：

• 格式： 類型名稱 <? super 類 > 對象名稱
• 意義： 只能接收該類型及其父類型

比如：現已知Object類，String 類，Number類，Integer類，其中Number是Integer的父類

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);//報錯getElement(list3);getElement(list4);//報錯getElement2(list1);//報錯getElement2(list2);//報錯getElement2(list3);getElement2(list4);}
// 泛型的上限：此時的泛型?，必須是Number類型或者Number類型的子類
public static void getElement1(Collection<? extends Number> coll){}
// 泛型的下限：此時的泛型?，必須是Number類型或者Number類型的父類
public static void getElement2(Collection<? super Number> coll){}

第四章 集合綜合案例

4.1 案例介紹

按照斗地主的規則，完成洗牌發牌的動作。
具體規則：

使用54張牌打亂順序,三個玩家參與游戲，三人交替摸牌，每人17張牌，最后三張留作底牌。

4.2 案例分析

• 準備牌：

  牌可以設計為一個ArrayList,每個字符串為一張牌。
  每張牌由花色數字兩部分組成，我們可以使用花色集合與數字集合嵌套迭代完成每張牌的組裝。
  牌由Collections類的shuffle方法進行隨機排序。

• 發牌

  將每個人以及底牌設計為ArrayList,將最后3張牌直接存放于底牌，剩余牌通過對3取模依次發牌。

• 看牌

  直接打印每個集合。

4.3 代碼實現

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;public class Poker {public static void main(String[] args) {/** 1: 準備牌操作*///1.1 創建牌盒 將來存儲牌面的 ArrayList<String> pokerBox = new ArrayList<String>();//1.2 創建花色集合ArrayList<String> colors = new ArrayList<String>();//1.3 創建數字集合ArrayList<String> numbers = new ArrayList<String>();//1.4 分別給花色 以及 數字集合添加元素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 創造牌  拼接牌操作// 拿出每一個花色  然后跟每一個數字 進行結合  存儲到牌盒中for (String color : colors) {//color每一個花色 //遍歷數字集合for(String number : numbers){//結合String card = color+number;//存儲到牌盒中pokerBox.add(card);}}//1.6大王小王pokerBox.add("小?");pokerBox.add("大?");   // System.out.println(pokerBox);//洗牌 是不是就是將  牌盒中 牌的索引打亂 // Collections類  工具類  都是 靜態方法// shuffer方法   /** static void shuffle(List<?> list) *     使用默認隨機源對指定列表進行置換。 *///2:洗牌Collections.shuffle(pokerBox);//3 發牌//3.1 創建 三個 玩家集合  創建一個底牌集合ArrayList<String> player1 = new ArrayList<String>();ArrayList<String> player2 = new ArrayList<String>();ArrayList<String> player3 = new ArrayList<String>();ArrayList<String> dipai = new ArrayList<String>();    //遍歷 牌盒  必須知道索引   for(int i = 0;i<pokerBox.size();i++){//獲取 牌面String card = pokerBox.get(i);//留出三張底牌 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  ==0if(i%3==0){player1.add(card);}else if(i%3==1){//玩家2player2.add(card);}else{//玩家3player3.add(card);}}}//看看System.out.println("令狐沖："+player1);System.out.println("田伯光："+player2);System.out.println("綠竹翁："+player3);System.out.println("底牌："+dipai);  }
}