Java 集合框架(常用數據結構)
早在Java 2中之前,Java就提供了特設類。比如:向量(Vector)、棧(Stack)、字典(Dictionary)、哈希表(Hashtable)這些類(數據結構)用來存儲和操作對象組。雖然這些類都非常有用,但是它們缺少一個核心的,統一的主題。集合框架是為表示和操作集合而規定的一種統一的標準的體系結構。除了集合,該框架(framework)也定義了幾個Map接口和類。Map裏存儲的是鍵/值對。盡管Map不是collections,但是它們完全整合在集合中。
所有的集合框架都包含如下內容:
- 接口:是代表集合的抽象數據類型。接口允許集合獨立操縱其代表的細節。在面向對象的語言,接口通常形成一個層次。
- 實現(類):是集合接口的具體實現。從本質上講,它們是可重復使用的數據結構。
- 算法:是實現集合接口的對象裏的方法執行的一些有用的計算,例如:搜索和排序。這些算法被稱為多態,那是因為相同的方法可以在相似的接口上有著不同的實現。
集合框架的類和接口均在java.util包中。
下圖是簡化的集合框架關系圖:
集合接口
整個集合框架就圍繞一組標準接口而設計。你可以直接使用這些接口的標準實現,諸如: LinkedList, HashSet, 和 TreeSet等,除此之外你也可以通過這些接口實現自己的集合。具體接口及其概述如下:
名稱 概述 Collection Collection 是最基本的集合接口,一個 Collection 代表一組 Object,Java不提供直接繼承自Collection的類,只提供繼承於的子接口(如List和set)。 List List接口是一個有序的Collection,使用此接口能夠精確的控制每個元素插入的位置,能夠通過索引(元素在List中位置,類似於數組的小標)來訪問List中的元素,而且允許有相同的元素。 Set Set 具有與 Collection 完全一樣的接口,只是行為上不同,Set 不保存重復的元素。 SortedSet 繼承於Set保存有序的集合。 Map 將唯一的鍵映射到值。 Map.Entry 描述在一個Map中的一個元素(鍵/值對)。是一個Map的內部類。 SortedMap 繼承於Map,使Key保持在升序排列。 Enumeration 這是一個傳統的接口和定義的方法,通過它可以枚舉(一次獲得一個)對象集合中的元素。這個傳統接口已被叠代器取代。 更多參見:在線文檔-jdk-zh。
集合實現類
集合類型 描述 ArrayList 一種可以動態增長和縮減的索引序列 LinkedList 一種可以在任何位置進行高效地插入和刪除操作的有序序列 ArrayDeque 一種用循環數組實現的雙端隊列 HashSet 一種沒有重復元素的無序集合 TreeSet 一種有序集 EnumSet 一種包含枚舉類型值的集 LinkedHashSet 一種可以記住元素插入次序的集 PriorityQueue 一種允許高效刪除最小元素的集合 HashMap 一種儲存鍵/值關聯的數據結構 TreeMap 一種鍵值有序排列的映射表 EnumMap 一種鍵值屬於枚舉類型的映射表 WeakHashMap 一種其值誒用武之地後可以被垃圾回收器回收的映射表 LinkedHashMap 一種可以記住鍵/值項添加次序的映射表 IdentityHashMap 一種用==,而不是用equals比較鍵值的映射表 另外還有一組名字以Abstract開頭的類,例如,AbstractQueue,這些類是為類庫實現者而設計的,用來實現自己的數據結構。
常用數據結構
向量(Vector)
Vector類實現了一個動態數組。和ArrayList和相似,但是Vector是同步訪問的(同步操作會耗費大量時間,建議在不需要同步時使用ArrayList),而且Vector包含了許多傳統的方法,這些方法不屬於集合框架。Vector主要用在事先不知道數組的大小,或者只是需要一個可以改變大小的數組的情況。需要註意的是向量中的數據被轉化為Object對象,取出元素使用時要強制轉化為原來的類型。
Vector類支持4種構造方法:
常用方法:
方法 描述 boolean add(E e) 將指定元素添加到此向量的末尾。 void add(int index, E element) 在此向量的指定位置插入指定的元素。 E remove(int index) 移除此向量中指定位置的元素。 boolean remove(Object o) 移除此向量中指定元素的第一個匹配項,不包含則元素保持不變。 E set(int index, E element) 用指定的元素替換此向量中指定位置處的元素。 void setElementAt(E obj, int index) 將此向量指定 index 處的組件設置為指定的對象。 E get(int index) 返回向量中指定位置的元素。 int indexOf(Object o) 返回此向量中第一次出現的指定元素的索引,不包含則返回 -1。 boolean isEmpty() 測試此向量是否不包含組件。 void clear() 從此向量中移除所有元素。 int capacity() 返回此向量的當前容量。 boolean contains(Object o) 如果此向量包含指定的元素,則返回 true。 void setSize(int newSize) 設置此向量的大小。 void trimToSize() 對此向量的容量進行微調,使其等於向量的當前大小。 Vector還定義了很多其他方法,具體可以看:Java Vector 類。
哈希表(Hashtable)
Hashtable(確實是小寫的t)是原始的java.util的一部分, 是一個Dictionary具體的實現 。然而,Java 2 重構的Hashtable實現了Map接口,因此,Hashtable現在集成到了集合框架中。它和HashMap類很相似,但是它支持同步(同樣建議不需要同步時使用HashMap)。像HashMap一樣,Hashtable在哈希表中存儲鍵/值對。當使用一個哈希表,要指定用作鍵的對象,以及要鏈接到該鍵的值。然後,該鍵經過哈希處理,所得到的散列碼被用作存儲在該表中值的索引。
Hashtable定義了四個構造方法:
如果散列表的裝載因子是0.75,那麽當散列表的容量被使用了75%時,就會自動將容量增加到原始容量的2倍。通常,默認加載因子(0.75)在時間和空間成本上尋求一種折中,裝載因子過高雖然減少了空間開銷,但同時也增加了查找某個條目的時間。
常用方法:
方法 描述 V put(K key, V value) 將指定 key 映射到此哈希表中的指定 value。 V remove(Object key) 從哈希表中移除該鍵及其相應的值。 V get(Object key) 返回指定鍵所映射到的值,不包含則返回 null。 void clear() 將此哈希表清空,使其不包含任何鍵。 boolean containsValue(Object value) 如果此 Hashtable 將一個或多個鍵映射到此值,則返回 true。 boolean isEmpty() 測試此哈希表是否沒有鍵映射到值。 int size() 返回此哈希表中的鍵的數量。 void rehash() 增加此哈希表的容量並在內部對其進行重組,以便更有效地容納和訪問其元素。 Hashtable中還定義了一些其他方法,具體可以看:Java HashTable 接口。
棧(Stack)
棧是Vector的一個子類,它實現了一個標準的後進先出的棧。堆棧只定義了默認構造函數,用來創建一個空棧。 堆棧除了包括由Vector定義的所有方法,也定義了自己的一些方法,如下:
方法 描述 boolean empty() 測試堆棧是否為空。 Object peek( ) 查看堆棧頂部的對象,但不從堆棧中移除它。 Object pop( ) 移除堆棧頂部的對象,並作為此函數的值返回該對。 Object push(Object element) 把項壓入堆棧頂部。 int search(Object element) 返回對象在堆棧中的位置,以 1 為基數。 但是Deque 接口及其實現提供了 LIFO 堆棧操作的更完整和更一致的 set,應該優先使用此 set,而非此類。
註:Java 中 Queue 是接口, Deque 是其子接口,LinkedList 和 PriorityQueue 是其實現類,而 ArrayDeque 是 Deque 接口的實現類。具體方法可以查看:JDK 1.6 在線中文手冊。
鏈表(LinkedList)
LinkedList是一個雙端鏈表,存放在結點中的數據都被看作是一個Object對象。由於任何類都是Object類的間接子類,因此,可以把任何一個對象作為鏈表結點中的數據。需要註意的是get()方法返回的類型是Object,要類型轉換回原來的類型。
構造方法:常用方法:
方法 描述 boolean add(E e) 將指定元素添加到此列表的結尾。 void add(int index, E element) 在此列表中指定的位置插入指定的元素。 E remove(int index) 移除此列表中指定位置處的元素。 E remove() 獲取並移除此列表的頭(第一個元素)。 boolean remove(Object o) 移除首次出現的指定元素,不包含則不作更改。 E set(int index, E element) 將此列表中指定位置的元素替換為指定的元素。 E get(int index) 返回此列表中指定位置處的元素。效率低,並非隨機訪問。 int indexOf(Object o) 返回此列表中首次出現的指定元素的索引,不存在則返回-1. boolean contains(Object o) 至少包含一個指定元素,則返回 true。 int size() 返回此列表的元素數。 void clear() 從此列表中移除所有元素。 Object clone() 返回此 LinkedList 的淺表副本。(這些元素本身沒有復制。) Object[] toArray() 此方法返回一個新數組,調用者可以隨意修改。 LinkedList也實現了Deque接口,List接口和Queue接口,存在方法支持其用作堆棧、隊列或雙端隊列,這裏不做展開,具體方法可以查看:JDK 1.6 在線中文手冊。
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Java 集合框架(常用數據結構)