Java進階容器學習

Java中有一些物件被稱為容器(container)。容器中可以包含多個物件，每個物件稱為容器中的一個元素。容器是用物件封裝的資料結構(data structure)。

 

充滿夢想的容器

不同的資料結構有不同的組織元素的方式，也可以有不同的操作。根據具體實施的不同，資料結構的操作效率也各有差別。Java中的容器也是這樣。我們要選擇適當的容器，以應對變化的需求。

(關於資料結構更多的內容，可參考紙上談兵: )

 

陣列

陣列(array)是最常見的資料結構。陣列是相同型別元素的有序集合，並有固定的大小(可容納固定數目的元素)。陣列可以根據下標(index)來隨機存取(random access)元素。在記憶體中，陣列通常是一段連續的儲存單元。

Java支援陣列這一資料結構。我們需要說明每個陣列的型別和大小。如下:

public class Test
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Human[] persons = new Human[2];              // array size 2
        persons[0] = new Human(160);
        persons[1] = new Human(170);

        int[] a = {1, 2, 3, 7, 9};                   // array size 5
        System.out.println(a[2]);

        String[] names = {"Tom", "Jerry", "Luffy"};  // array size 3
        System.out.println(names[0]);
    }
}

在說明型別時，在型別說明(Human)後面增加一個[]，來說明是一個陣列。使用new建立容器時，需要說明陣列的大小。

我們可以使用 陣列名[下標] 的方式來呼叫某個元素。我們可以逐個的初始化陣列的元素，也可以在宣告的同時使用{}初始化陣列。

對於非基本型別的陣列，比如Human[]，陣列中儲存的是物件的引用。

 

我們可以呼叫System.arraycopy()方法來有效的複製陣列:

public class Test
{
    public static void main(String[] args)
    {
        int[] aFrom = {1, 2, 3, 7, 9}; // array size 5
        int[] aTo  = new int[3];
        System.arraycopy(aFrom, 1, aTo, 0, 3);
        System.out.println(aTo[1]);
    }
}

System.arraycopy()中，aFrom為想要複製出去的陣列，aTo為想要複製到的陣列，1為aFrom的想要複製出去的元素起始位置，0為aTo中想要儲存複製來元素的起始位置，3為所要複製的元素總數。

 

Collection

表(List)和集合(Set)是java.util中定義的兩個介面(interface)。這兩個介面都繼承自Collection介面。透過實施介面，我們可以獲得相應的容器。

我們之前都是使用類(class)來說明引用的型別。事實上，我們也可以用介面(interface)來說明引用的型別。該型別引用所指向的物件必須實施了該介面。

 

我們先來使用表(List)容器。List是有序的元素集合，所以可以使用下標來說明元素的位置。集合中的元素可以相等:

import java.util.*;

public class Test
{
    public static void main(String[] args)
    {
        List l1 = new ArrayList();
        l1.add("good");
        l1.add("bad");
        l1.add("shit");
        l1.remove(0);
        System.out.println(l1.get(1));
        System.out.println(l1.size());
    }
}

當我們在定義介面和建立容器時，我們使用的方式來說明容器中所能容納元素的型別。我們將只能在容器中放入class類及其衍生類的物件。

容器的引用為List型別，但容器的實施為ArrayList類。這裡是將介面與實施分離。事實上，同一種抽象資料結構(ADT)都可以有多種實施方法(比如棧可以實施為陣列和連結串列)。這樣的分離允許我們更自由的選擇ADT的實施方式。

我們可以定義

在上面的程式中，容器為String型別。我們用

• add()方法加入新的元素

• get()方法可以獲取容器中的元素，傳遞一個整數下標作為引數

• remove()方法可以刪除容器中的元素，傳遞一個整數下標作為引數。(有另一個remove()，傳遞元素自身作為引數)

• size()方法用來返回容器中元素的總數。

List的官方文件

 

集合(set)也是元素的集合。集合中不允許有等值的元素，集合的元素沒有順序:

import java.util.*;

public class Test
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Set s1 = new HashSet();
        s1.add(4);
        s1.add(5);
        s1.add(4);
        s1.remove(5);
        System.out.println(s1);
        System.out.println(s1.size());
    }
}

重複加入的元素4只被放入容器一次。由於Set是無序的，在remove()中，我們直接傳遞目標元素本身作為引數。

Set的官方文件

List和Set都繼承自Collection介面。Collection代表了物件的集合。上面List和Set介面中的許多方法實際上繼承自Collection，比如:

add("good")        加入元素

size()             返回元素的總數

contains("bad")    是否包含元素

remove("good")     刪除元素

Collection的官方文件 

Collection還有一個iterator()的方法。該方法將Collection容器封裝成迴圈器(Iterator)。迴圈器是元素的集合，它有next()方法，用於每次返回一個元素，直到迴圈器中元素窮盡。

import java.util.*;

public class Test
{
    public static void main(String[] args)
    {
        List l1 = new ArrayList();
        l1.add(4);
        l1.add(5);
        l1.add(2);
        Iterator i = l1.iterator();
        while(i.hasNext()) {
            System.out.println(i.next());
        }
    }
}

 

Map

Map是鍵值對的集合。Map中的每個元素是一個鍵值對，即一個鍵(key)和它對應的物件值(value)。對於Map容器，我們可以透過鍵來找到對應的物件。

雜湊表是Map常見的一種實施方式，參考紙上談兵: 雜湊表 (hash table)

 

我們需要宣告Map的鍵和值的型別。我們下面實施一個HashMap:

import java.util.*;

public class Test
{
    public static void main(String[] args)
    {
        Map m1 = new HashMap();
        m1.put("Vamei", 12);
        m1.put("Jerry", 5);
        m1.put("Tom", 18);
        System.out.println(m1.get("Vamei"));

    }
}

在Map中，我們使用put()方法來新增元素，用get()方法來獲得元素。

 

Map還提供了下面的方法，來返回一個Collection:

keySet()  將所有的鍵轉換為Set

values()  將所有的值轉換為List

 

總結

Java中，容器的介面與實施分離。這給了Java程式設計師更大的選擇自由，當然，也為程式設計增加了難度。

介面為我們提供了合法的操作。在效果層面上看，不同的實施都有相同的效果。當然，不同的情境下，實施的細節將決定執行效率。

最後，是我們提到的各個類與介面的關係: