第十章 Java数据结构

第一节数组

数组是一个存放多个数据的容器

- 数据是同一类型

- 所有的数据是线性规则排列

- 可用过位置索引来快速定位访问数据

- 需明确容器的长度

第二节 Java Collection Framework

容器框架：为表示和操作容器而规定的一种标准体系结构

- 对外的接口：容器中所能存放的抽象数据类型

- 接口的实现：可复用的数据结构

- 算法：对数据的查找和排序

容器框架的优点：提高数据存取效率，避免重复劳动

绿色部分是列表-list

黄色部分是散列集合-set

浅蓝色是映射-map

深蓝色-时代久远

JCF的集合接口是Collection：

- add, contains, remove, size

- iterator

JCF的迭代器接口iterator：

- hasNext

- next

- remove

JCF主要的数据结构实现类：

- 列表 (List, ArrayList, LinkedList)

- 集合 (Set, HashSet, TreeSet, LinkedHashSet)

- 映射 (Map, HashMap, TreeMap, LinkedHashMap)

JCF主要的算法类

- Arrays: 对数组进行查找和排序等操作

- Collections：对Collection及其子类进行排序和查找操作

第三节列表List

List：列表

- 有序的Collection

- 允许重复元素，允许嵌套

- {1, 2, 4, {5, 2}, 1, 3}

List主要实现

- ArrayList，非同步

- LinkedList，非同步

- Vector，同步

Arraylist：

- 以数组实现的列表，不支持同步

- 利用索引位置可以快速定位访问

- 不适合指定位置的插入，删除操作

- 适合变动不大，主要用于查询的数据

- 和Java数组相比，其容量是可动态调整的

- ArrayList在元素填满容器时会自动扩充容器大小的50%

//Iterator遍历 速度慢
public static void traverseByIterator(ArrayList<Integer> a1){Iterator<Integer> iter1 = a1.iterator();while(iter1.hasNext()){iter1.next();}
}//索引遍历 速度中等
public static void traverseByIndex(ArrayList<Integer> a1){for(int i = 0; i<a1.size(); i++){a1.get(i);}
}//for-each遍历 速度快
public static void traverseByFor(ArrayList<Integer> a1){for(Integer item : a1){...;}
}

LinkedLIst：

- 以双向链表实现的列表，不支持同步

- 可被当作堆栈，队列和双端队列进行操作

- 顺序访问高效，随机访问较差，中间插入和删除高效

- 适用于经常变化的数据

LinkedList的遍历操作（同上）：

- Iterator遍历，较慢

- 索引遍历，非常慢

- for-each遍历，较快

ArrayList适用于较多查询的（静态）数据，而LinkedList适用于频繁增删的数据。

Vector（同步）：

- 和ArrayList类似，可变数组实现的列表

- Vector同步，适合在多线程下使用

- 原先不属于JCF框架，属于Java最早的数据结构，性能较差

- 从JDK1.2开始，Vector被重写，并纳入到JCF

- 官方建议在非同步情况下，优先采用ArrayList

Vector的便利操作（同上）：

- Iterator遍历，较慢

- 索引遍历，慢

- for-each遍历，快

- Enumeration遍历，较慢

Vector基本和ArrayList功能相同，区别在于同步导致性能略差

第四节集合Set

集合Set：

- 确定性：对任意对象都能判定其是否属于某一个集合

- 互异性：集合内每个元素都是不相同的，注意时内容互异

- 无序性：集合内的顺序无关

Java中的集合接口Set

- HashSet，基于散列函数的集合，无序，不支持同步

- TreeSet，基于树结构的集合，可排序的，不支持同步

- LinkedHashSet，基于散列函数和双向链表的集合，可排序的，不支持同步

HashSet：

- 基于HashMap实现的，可以容纳null元素，不支持同步

- add添加一个元素

- clear清除整个HashSet

- contains判定是否包含一个元素

- remove删除一个元素

- size大小

- retainAll计算两个集合交集

】

HashSet遍历：

- Iterator遍历，慢

- for-each遍历，快

- 遍历输出结果和input顺序不一致，无序

LInkedHashSet：

- 继承HashSet，也是基于HashMap实现的，可以容纳null元素

- 不支持同步

- 方法和HashSet基本一致

- 通过一个双向链表维护插入顺序

LinkedHashSet遍历：

- Iterator遍历，速度差不多

- for-each遍历，速度差不多

- 遍历输出结果与input顺序一致，是有序的

TreeSet：

- 基于TreeMap实现的，不可以容纳null元素，不支持同步

- add 添加一个元素

- clear 清除整个TreeSet

- contains 判定是否包含一个元素

- remove 删除一个元素

- size 大小

- 根据compareTO方法或指定Comparator排序

TreeSet遍历：

- Iterator遍历，速度差不多

- for-each遍历，速度差不多

- HashSet是无序输出的；LinkedHashSet是按照插入顺序进行遍历输出的；TreeSet是按照所存储对象大小升序输出的

HashSet, LinkedHashSet, TreeSet的元素都只能是对象。

HashSet和LInkedHashSet判定元素重复的原则：

- 判定两个元素的hashCode返回值是否相同，若不同，返回false

- 若两者hashCode相同，判定equals方法，若不通，返回false；否则返回true

- hashCode和equals方法是所有类都有的，因为object类有

TreeSet判定元素重复的原则：

- 需要元素继承自Comparable接口

- 比较两个元素的compareTo方法

"Cat类本身没有hashCode()，而是继承Object类的，而Object的hashCode()会返回对象信息和内存地址经过运算后的一个int值。两个不同的Cat(4)对象，他们的hashCode()返回值是不同的。"

"Dog类本身改写了hashCode()方法，其返回值是具体的size。所以两个不同Dog(4)，他们的hashCode()返回值是相同的。"

"Tiger实现Comparable接口，所以必须实现compareTo方法来比较大小。但是HashSet的元素判定规则只和hashCode, equals这两个方法有关，和compareTo方法无关"

compareTo方法具体规则如下：

int a = obj1.compareTo(obj2);

if a > 0 -> obj1 > obj2

if a == 0 -> obj1 == obj2

if a < 0 -> obj1 < obj2

第五节映射Map

Map映射：

- 数学定义：两个集合之间的元素对应关系

- 一个输入对应到一个输出

- {1, Alan}, {2, Jerry}, {Key, Value}，键值对

Java中Map：

- Hashtable（同步，慢，数据量小）

- HashMap（不支持同步，快，数据量大）

- Properties（同步，文件形式，数据量小）

Hashtable：

- K-V对，K和V都不允许为null

- 同步，多线程安全

- 无序的

- 适合小数据量

- 主要方法：clear, contains/containsValue, containsKey, get, put, remove, size

Hashtable遍历：

- 根据Entry迭代器遍历：Iterator<Entry<Integer, String>> iter = ht1.entrySet().

- 根据Key迭代器遍历：Iterator<Integer> iter = ht1.keySet().iterator();

- 根据Key的Enumeration遍历：Enumeration<Integer> keys = ht1.keys();

- 三者速度相差不大

HashMap：

- K-V对，K和V都允许为null

- 不同步，线程不安全

- 无序的

- 主要方法: clear, containsValue, containsKey, get, put, remove, size

HashMap遍历：

- 根据Entry迭代器遍历，略快

- 根据Key迭代器遍历

LinkedHashMap：基于双向链表的维持插入顺序的HashMap

TreeMap：基于红黑树的Map，可以根据key的自然排序或者compareTo方法进行排序输出

Properties：

- 继承于Hashtable

- 可以将K-V对保存在文件中

- 适用于数据量少的配置文件

- 继承自Hashtable的方法：clear, contains/containsValue, containsKey, get, put, remove, size

- 从文件加载的load方法，写入到文件中的source方法

- 获取属性getProperty，设置熟悉setProperty

第六节工具类

JCF中的工具类：

- 不存储数据，而是在数据容器上，实现高效操作，例如排序和搜索

- Arrays类

- Collections类

Arrays：处理对象是数组

- 排序：对数组排序，sort/parallelSort

- 查找：从数组中查找一个元素，binarySearch

- 批量拷贝：从源数组批量复制元素到目标数组，copyOf

- 批量赋值：对数组进行批量赋值，fill

- 等价性比较：判定两个数组内容是否相同，equals

Collection：处理对象是Collection及其子类

- 排序：对List进行排序，sort

- 搜索：从List中搜索元素，binarySearch

- 批量赋值：对List批量赋值，fill

- 最大，最小：查找集合中最大/最小值，max，min

- 反序：将List反序排列，reverse

对象实现Comparable接口（需要修改对象类）

- compareTo方法：> 返回1，== 返回0，< 返回-1

- Arrays和Collections在进行对象sort时，自动调用该方法

新建Comparator（适用于对象类不可更改的情况）

- compare方法：> 返回1，==返回0，<返回-1

- Comparator比较器将作为参数提交给工具类的sort方法

public class Person implements Comparable<Person> {String name;int age;public String getName(){return name;}public int getAge(){return age;}public Person(String name, int age){this.name = name;this.age = age;}public int compareTo(person another){int i = 0;i = name.compareTo(another.name); //使用字符串比较if(i == 0){return age - another.age;//如果名字一样，比较年龄，返回比较年龄结果} else {return i;//如果名字不一样，返回比较名字的结果}}
}Array.sort(ps);————————————————————————————————————————————————————————————public class Person2Comparator implements Comparator<Person2> {public int compare(Person2 one, Person2 another){int i = 0;i = one.getName().compareTo(another.getName());if(i == 0){return one.getAge() - another.getAge();//如果名字一样，比较年龄，返回比较年龄结果} else {return i;//名字不一样，返回比较名字的结果}}
}Arrays.sort(ps, new Person2Comparator());