标签：教程 元素 JAVAEE System println 集合 out public 体系结构

day13_JAVAOOP

课程目标

1. 【理解】集合的体系结构
2. 【掌握】Collection集合中常用的方法
3. 【理解】Iterator迭代器
4. 【掌握】增强for的使用
5. 【理解】List集合的特点
6. 【掌握】List集合中特有的方法
7. 【理解】LinkedList集合的特点
8. 【理解】LinkedList集合中特有的方法
9. 【理解】数据结构

集合概述

什么是集合

集合：集合是java中提供的一种容器，可以用来存储多个数据,并且可以存储任意类型的数据！

• 集合和数组既然都是容器，它们有啥区别呢？

  • 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，不能存放基本数据类型

集合体系

​ 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，今天我们主要学习Collection集合

• Collection：单列集合类的根接口，用于存储一系列符合某种规则的元素，它有两个重要的子接口，分别是java.util.List和java.util.Set。其中，List的特点是元素有序、元素可重复。Set的特点是元素无序，而且不可重复。List接口的主要实现类有java.util.ArrayList和java.util.LinkedList，Set接口的主要实现类有java.util.HashSet和java.util.LinkedHashSet。

从上面的描述可以看出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。

Collection集合

Collection概述

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。

Collection常用方法

方法名	说明
public boolean add(E e)	把给定的对象e添加到当前集合中 。E:element 元素
public boolean remove(E e)	把给定的对象在当前集合中删除e。
public boolean contains(E e)	判断当前集合中是否包含给定的对象e。
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。
public void clear()	清空集合中所有的元素。

==代码演示==

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

public class Demo1Collection {
    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

为什么要有Iterator

由于Collection集合，是没有索引的。如果我们遍历Collection集合，使用for循环是无法使用的。我们可以借Collection中的toArray方法转换成数组，来遍历集合！这种方式也能实现，但总觉得不太舒服，这时，JDK提供了一个Iterator接口来专门用于遍历集合。

迭代器模式的定义为：提供一种方法访问一个容器（container）对象中各个元素，而又不需暴露该对象的内部细节。迭代器模式，就是为容器而生。类似于"公交车上的售票员”、“火车上的乘务员”、“空姐”。

Iterator概述

​ 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。

什么是迭代

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。

获取Iterator

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。在Collection集合中，专门提供了一个方法，用来获取Iterator

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

• Iterator接口的常用方法

方法名	说明
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。

代码演示

public class IteratorDemo {
  	public static void main(String[] args) {
        // 使用多态方式 创建对象
        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);
        }
  	}
}

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：

<img src="assets/image-20211101092207036.png" alt="image-20211101092207036" style="zoom:33%;" />

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

什么是增强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。

增强for格式

for(元素的数据类型  变量 : Collection集合or数组的变量名){ 
  	//写操作代码
}

它用于遍历Collection和数组。通常只进行遍历元素，不要在遍历的过程中对集合元素进行增删操作。

增强for遍历数组和集合

• 遍历数组

  public class NBForDemo1 {
      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);
  		}        
          //数组的另一种遍历方式（jdk8以上才能使用）
          Arrays.stream(str).forEach(System.out::println);
  	}
  }
  

• 遍历集合

  public class NBForDemo2 {
      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");
      	//使用增强for遍历
      	for(String s :coll){//接收变量s代表 代表被遍历到的集合元素
      		System.out.println(s);
      	}        
          //集合的另一种遍历方式（jdk8以上才能使用）
          con.forEach(System.out::println);
  	}
  }
  

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

List集合

什么是List集合

java.util.List接口继承自Collection接口，是单列集合的一个重要分支，习惯性地会将实现了List接口的对象称为List集合。

在List集合中允许出现重复的元素，所有的元素是以一种线性方式进行存储的，在程序中可以通过索引来访问集合中的指定元素。另外，List集合还有一个特点就是元素有序，即元素的存入顺序和取出顺序一致。

List集合的特点

• 它是一个元素存取有序的集合。例如，存元素的顺序是11、22、33。那么集合中，元素的存储就是按照11、22、33的顺序完成的）。

• 它是一个带有索引的集合，通过索引就可以精确的操作集合中的元素（与数组的索引是一个道理）。

• 集合中可以有重复的元素，通过元素的equals方法，来比较是否为重复的元素。

List集合常用方法

List作为Collection集合的子接口，不但继承了Collection接口中的全部方法，而且还增加了一些根据元素索引来操作集合的特有方法

方法名	说明
public void add(int index, E element)	将指定的元素，添加到该集合中的指定位置上。
public E get(int index)	返回集合中指定位置的元素·。
public E remove(int index)	移除列表中指定位置的元素, 返回的是被移除的元素。
public E set(int index, E element)	用指定元素替换集合中指定位置的元素,返回值的更新前的元素。

public class ListDemo {
    public static void main(String[] args) {
		// 创建List集合对象
    	List<String> list = new ArrayList<String>();    	
    	// 往 尾部添加 指定元素
    	list.add("图图");
    	list.add("小美");
    	list.add("不高兴");
    	System.out.println(list);
        
    	// add(int index,String s) 往指定位置添加
    	list.add(1,"没头脑");
    	
    	System.out.println(list);
    	// String remove(int index) 删除指定位置元素  返回被删除元素
    	// 删除索引位置为2的元素 
    	System.out.println("删除索引位置为2的元素");
    	System.out.println(list.remove(2));
    	
    	System.out.println(list);
    	
    	// String set(int index,String s)
    	// 在指定位置 进行 元素替代（改） 
    	// 修改指定位置元素
    	list.set(0, "三毛");
    	System.out.println(list);    	
        //获取集合的元素个数
        int size = list.size();
        System.out.println(size);

        //根索引来获取元素 
        // String get(int index)  获取指定位置元素
        String s = list.get(0);
        System.out.println(s);    	
    	// 跟size() 方法一起用  来 遍历的 
    	for(int i = 0;i<list.size();i++){
    		System.out.println(list.get(i));
    	}        
    	//还可以使用增强for
    	for (String string : list) {
			System.out.println(string);
		}  	
	}
}

List集合的实现类

List的实现类特点：
   		ArrayList:
   			底层数据结构是数组，查询快，增删慢
   			线程不安全，效率高
   		LinkedList:
   			底层数据结构是链表，查询慢，增删快
   			线程不安全，效率高
   		Vector:
   			底层数据结构是数组，查询快，增删慢
   			线程安全，效率低

ArrayList集合

	ArrayList:
		底层数据结构是数组，查询快，增删慢
		线程不安全，效率高

• ArrayList集合中常用方法

  方法名	说明
  public void add(int index, E element)	将指定的元素，添加到该集合中的指定位置上。
  public E get(int index)	返回集合中指定位置的元素·。
  public E remove(int index)	移除列表中指定位置的元素, 返回的是被移除的元素。
  public E set(int index, E element)	用指定元素替换集合中指定位置的元素,返回值的更新前的元素。
  public boolean add(E e)	将指定的元素添加到此列表的尾部

/ 
   ArrayList 存储自定义对象并遍历
  /
public class ArrayListDemo2 {
	public static void main(String[] args) { 
        List<Student> list = new ArrayList<>();
        Student s1 = new Student();
        s1.setId(11);
        s1.setName("小包面");

        Student s2 = new Student();
        s2.setId(22);
        s2.setName("小肉丝");

        list.add(s1);
        list.add(s2);
        System.out.println(list);
        Iterator<Student> it = list.iterator();
        while (it.hasNext()){
            //注意返回的类型为是Student对象
            Student stu = it.next();
            System.out.println(stu.getId());
            System.out.println(stu.getName());
        }
        System.out.println("=====================");
        for (Student s : list){
            System.out.println(s.getName()+": "+s.getId());
        }

        System.out.println("=====================");
        for(int x = 0; x < list.size(); x++){
            Student stu = list.get(x);
            System.out.println(stu.getId()+": "+stu.getName());
        }
	}
}

LinkedList集合

LinkedList:
	底层数据结构是链表，查询慢，增删快
	线程不安全，效率高

实际开发中对一个集合元素的添加与删除经常涉及到首尾操作，而LinkedList提供了大量首尾操作的方法。这些方法我们作为了解即可：

LinkedList集合常用方法

方法名	说明
public void addFirst(E e)	将指定元素插入此列表的开头。
public void addLast(E e)	将指定元素添加到此列表的结尾。
public E getFirst()	返回此列表的第一个元素。
public E getLast()	返回此列表的最后一个元素。
public E removeFirst()	移除并返回此列表的第一个元素。
public E removeLast()	移除并返回此列表的最后一个元素。
public E pop()	从此列表所表示的堆栈处弹出一个元素。
public void push(E e)	将元素推入此列表所表示的堆栈。
public boolean isEmpty()	如果列表不包含元素，则返回true。

LinkedList是List的子类，List中的方法LinkedList都是可以使用，这里就不做详细介绍，我们只需要了解LinkedList的特有方法即可。在开发时，LinkedList集合也可以作为堆栈，队列的结构使用。

LinkedList常用方法演示

/*
 * LinkedList的特有功能：
 * 		A:添加功能
 * 			public void addFirst(Object e)
 * 			public void addLast(Object e)
 * 		B:获取功能
 * 			public Object getFirst()
 * 			public Obejct getLast()
 * 		C:删除功能
 * 			public Object removeFirst()
 * 			public Object removeLast()
 */
public class LinkedListDemo {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<String> link = new LinkedList<String>();
        // 添加元素
		link.add("hello");
		link.add("world");
		link.add("java");        
        //添加元素
        link.addFirst("abc1");
        link.addFirst("abc2");
        link.addFirst("abc3");
        System.out.println(link);        
        // 获取元素
        System.out.println(link.getFirst());
        System.out.println(link.getLast());        
        // 删除元素
        System.out.println(link.removeFirst());
        System.out.println(link.removeLast());
        while (!link.isEmpty()) { //判断集合是否为空
            System.out.println(link.pop()); 
        }
        System.out.println(link);
    }
}

Vector集合

   		Vector:
   			底层数据结构是数组，查询快，增删慢
   			线程安全，效率低

/*
 * Vector：
   vector是list的实现类，list中所有方法vector都可以使用，这里就介绍vector特有方法
 * 1：添加功能
 * 		public void addElement(Object obj)		--	add()
 * 2：获取功能
 * 		public Object elementAt(int index)		--  get()
 * 		public Enumeration elements()			--	Iterator iterator()
 * 				boolean hasMoreElements()		--		hasNext()
 * 				Object nextElement()				--	next()
*/
public class VectorDemo {
	public static void main(String[] args) {
		// 创建集合对象
		Vector v = new Vector();
		// 添加功能
		v.addElement("hello");
		v.addElement("world");
		v.addElement("java");
		// 遍历
		for (int x = 0; x < v.size(); x++) {
			String s = (String) v.elementAt(x);
			System.out.println(s);
		}
		System.out.println("------------------");
		//了解
		Enumeration en = v.elements(); // 返回的是实现类的对象
		while (en.hasMoreElements()) {
			String s = (String) en.nextElement();
			System.out.println(s);
		}
	}
}

list集合的总结

List的子类特点：
   		ArrayList:
   			底层数据结构是数组，查询快，增删慢
   			线程不安全，效率高
   		LinkedList:
   			底层数据结构是链表，查询慢，增删快
   			线程不安全，效率高
   		Vector:
   			底层数据结构是数组，查询快，增删慢
   			线程安全，效率低
 
 list集合特点：有序可重复
 
 今后我们如何选择list的三个子类？
	如果你想查询快：选ArrayListVector
	如果你想增删快：选LinkedList
	如果你想要效率高：选ArrayList，LinkedList
	如果你想要效率低：选Vector
	如果你想要线程安全：选Vector
	如果你想要线程不安全：选ArrayList，LinkedList
	
以上都是分业务情况来决定你要用哪一个集合。如果你实在不知道该如何选择，你就选译：ArrayList	

数据结构

数据结构有什么用

​ 当你用着java里面的容器类很爽的时候，你有没有想过，怎么ArrayList就像一个无限扩充的数组，也好像链表之类的。好用吗？好用，这就是数据结构的用处，只不过你在不知不觉中使用了。

​ 现实世界的存储，我们使用的工具和建模。每种数据结构有自己的优点和缺点，想想如果Google的数据用的是数组的存储，我们还能方便地查询到所需要的数据吗？而算法，在这么多的数据中如何做到最快的插入，查找，删除，也是在追求更快。

​ 我们java是面向对象的语言，就好似自动档轿车，C语言好似手动档吉普。数据结构呢？是变速箱的工作原理。你完全可以不知道变速箱怎样工作，就把自动档的车子从 A点 开到 B点，而且未必就比懂得的人慢。写程序这件事，和开车一样，经验可以起到很大作用，但如果你不知道底层是怎么工作的，就永远只能开车，既不会修车，也不能造车。当然了，数据结构内容比较多，细细的学起来也是相对费功夫的，不可能达到一蹴而就。我们将常见的数据结构：堆栈、队列、数组、链表和红黑树 这几种给大家介绍一下，作为数据结构的入门，了解一下它们的特点即可。

常见的数据结构

数据存储的常用结构有：栈、队列、数组、链表和红黑树。我们分别来了解一下：

栈

栈：stack,又称堆栈，它是运算受限的线性表，其限制是仅允许在标的一端进行插入和删除操作，不允许在其他任何位置进行添加、查找、删除等操作。

• 栈的特点

  • ==先进后出==（即，存进去的元素，要在后它后面的元素依次取出后，才能取出该元素）。例如，子弹压进弹夹，先压进去的子弹在下面，后压进去的子弹在上面，当开枪时，先弹出上面的子弹，然后才能弹出下面的子弹。
  • 栈的入口、出口的都是栈的顶端位置。

• 栈的名词

  • 压栈：就是存元素。即，把元素存储到栈的顶端位置，栈中已有元素依次向栈底方向移动一个位置。
  • 弹栈：就是取元素。即，把栈的顶端位置元素取出，栈中已有元素依次向栈顶方向移动一个位置。

队列

队列：queue,简称队，它同堆栈一样，也是一种运算受限的线性表，其限制是仅允许在表的一端进行插入，而在表的另一端进行删除。

• 队列的特点

  • 先进先出（即，存进去的元素，要在后它前面的元素依次取出后，才能取出该元素）。例如，小火车过山洞，车头先进去，车尾后进去；车头先出来，车尾后出来。

  • 队列的入口、出口各占一侧。。例如，下图中的左侧为入口，右侧为出口。

    

数组

数组特点：查询快 ， 增删慢

• 数组的特点

  • ==查找元素快：通过索引，可以快速访问指定位置的元素==

    

  • ==增删元素慢==

    • 指定索引位置增加元素：需要创建一个新数组，将指定新元素存储在指定索引位置，再把原数组元素根据索引，复制到新数组对应索引的位置

    • **指定索引位置删除元素：**需要创建一个新数组，把原数组元素根据索引，复制到新数组对应索引的位置，原数组中指定索引位置元素不复制到新数组中。

      <img src="assets/image-20211029100419852.png" alt="image-20211029100419852" style="zoom:50%;" />

链表

链表特点：查询慢 ， 增删快

链表:linked list,由一系列结点node（链表中每一个元素称为结点）组成，结点可以在运行时i动态生成。每个结点包括两个部分：一个是存储数据元素的数据域，另一个是存储下一个结点地址的指针域。我们常说的链表结构有单向链表与双向链表，那么这里给大家介绍的是单向链表。

• 单向链表数据格式

  

• 链表的特点

  多个结点之间，通过地址进行连接。例如，多个人手拉手，每个人使用自己的右手拉住下个人的左手，依次类推，这样多个人就连在一起了。

  <img src="assets/image-20211029100738330.png" alt="image-20211029100738330" style="zoom:50%;" />

红黑树

• 二叉搜索树：binary tree ,是每个结点不超过2的有序树（tree）

  简单的理解，就是一种类似于我们生活中树的结构，只不过每个结点上都最多只能有两个子结点。

  二叉树是每个节点最多有两个子树的树结构。顶上的叫根结点，两边被称作“左子树”和“右子树”。

<img src="assets/image-20220113131417950.png" alt="image-20220113131417950" style="zoom:50%;" />

查找某一个节点，我们必须从根节点查找。

​ 1、查找的值比当前节点大，则搜索右子树 ​ 2、查找的值比当前节点小，则搜索左子树 ​ 3、查找的值等于当前值，停止搜索 ​ 4、查找最小值先找根节点的左边查询,一直找到左节点的节点,反之查找最大值从根节点右边查询一直到右节点的节点

插入某一个节点，我们必须从根节点查找。

​ 插入的值要从根节点开始比较，小于根节点，在左子树比较。大于根节点，在右子树比较

插入某一个节点，根据根节点比较，找到该节点的位置直接删除，之后的其他节点再挂上去

• 红黑树

  二叉树的一种比较有意思的叫做红黑树(红黑树是一种自平衡的二叉树)，红黑树本身就是一颗二叉查找树，将节点插入后，该树仍然是一颗二叉查找树。也就意味着，树的键值仍然是有序的。

• 红黑树的约束

  • 节点可以是红色的或者黑色的

  • 根节点是黑色的

  • 叶子节点(特指空节点)是黑色的

  • 每个红色节点的子节点都是黑色的

    • 任何一个节点到其每一个叶子节点的所有路径上黑色节点数相同

• 红黑树的三个操作

  • ​ 左旋

  • ​ 右旋

  • ​ 变色

<img src="assets/image-20220114165054522.png" alt="image-20220114165054522" style="zoom:50%;" />

• 红黑树的特点

  • 速度特别快,趋近平衡树,查找叶子元素最少和最多次数不多于二倍
  • 当我们查找和插入，删除数据相对频繁的时候效率（给二叉树一样）

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