Java基础学习10:【Collection、泛型】

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所属分类:Java Java基础

主要内容

  • Collection集合
  • 迭代器
  • 增强for
  • 泛型

教学目标

  • [ ] 能够说出集合与数组的区别
  • [ ] 能够说出Collection集合的常用功能
  • [ ] 能够使用迭代器对集合进行取元素
  • [ ] 能够说出集合的使用细节
  • [ ] 能够使用集合存储自定义类型
  • [ ] 能够使用foreach循环遍历集合
  • [ ] 能够使用泛型创建集合对象
  • [ ] 能够理解泛型上下限
  • [ ] 能够阐述泛型通配符的作用

第一章 Collection集合

1.1 集合概述

在前面基础总结中我们已经学习过并使用过集合ArrayList ,那么集合到底是什么呢?

  • 集合:集合是java中提供的一种容器,可以用来存储多个数据。

集合和数组既然都是容器,它们有什么区别呢?

  • 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,可以存储任意类型数据。集合存储的都是引用数据类型。如果想存储基本类型数据需要存储对应的包装类型。

1.2 集合常用类的继承体系

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.Listjava.util.Set。其中,List的特点是元素有序、元素可重复。Set的特点是元素不可重复。List接口的主要实现类有java.util.ArrayListjava.util.LinkedListSet接口的主要实现类有java.util.HashSetjava.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集合常用类的继承体系

Java基础学习10:【Collection、泛型】

注意:这张图只是我们常用的集合有这些,不是说就只有这些集合。

集合本身是一个工具,它存放在java.util包中。在Collection接口定义着单列集合框架中最最共性的内容。

1.3 Collection 常用功能

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。方法如下:

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

tips: 有关Collection中的方法可不止上面这些,其他方法可以自行查看API学习。

第二章 Iterator迭代器

2.1 Iterator接口

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

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,下面介绍获取迭代器的方法:

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

下面介绍一下迭代的概念:

  • 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。

Iterator接口的常用方法如下:

  • 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。

接下来我们通过案例学习如何使用Iterator迭代集合中元素:

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);
        }
      }
}

tips:

  1. 在进行集合元素获取时,如果集合中已经没有元素了,还继续使用迭代器的next方法,将会抛出java.util.NoSuchElementException没有集合元素异常。
  2. 在进行集合元素获取时,如果添加或移除集合中的元素 , 将无法继续迭代 , 将会抛出ConcurrentModificationException并发修改异常.

2.2 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:

Java基础学习10:【Collection、泛型】

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。

2.3 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。

格式:

for(元素的数据类型  变量 : Collection集合or数组){ 
      //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。

代码演示

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);
        }
        Collection<String> coll = new ArrayList<String>();
        coll.add("小河神");
        coll.add("老河神");
        coll.add("神婆");
        for(String s :coll){
            System.out.println(s);
        }
    }
}

tips:

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(迭代器)仅仅作为遍历操作出现,不能对集合进行增删元素操作,否则抛出ConcurrentModificationException并发修改异常

第三章 泛型

3.1 泛型概述

在前面学习集合时,我们都知道集合中是可以存放任意对象的,只要把对象存储集合后,那么这时他们都会被提升成Object类型。当我们在取出每一个对象,并且进行相应的操作,这时必须采用类型转换。

大家观察下面代码:

public class GenericDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Collection coll = new ArrayList();
        coll.add("abc");
        coll.add("itcast");
        coll.add(5);//由于集合没有做任何限定,任何类型都可以给其中存放
        Iterator it = coll.iterator();
        while(it.hasNext()){
            //需要打印每个字符串的长度,就要把迭代出来的对象转成String类型
            String str = (String) it.next();
            System.out.println(str.length());
        }
    }
}

程序在运行时发生了问题java.lang.ClassCastException。 为什么会发生类型转换异常呢? 我们来分析下:由于集合中什么类型的元素都可以存储。导致取出时强转引发运行时 ClassCastException。 怎么来解决这个问题呢? Collection虽然可以存储各种对象,但实际上通常Collection只存储同一类型对象。例如都是存储字符串对象。因此在JDK5之后,新增了泛型(Generic)语法,让你在设计API时可以指定类或方法支持泛型,这样我们使用API的时候也变得更为简洁,并得到了编译时期的语法检查。

  • 泛型:可以在类或方法中预支地使用未知的类型。

tips:一般在创建对象时,将未知的类型确定具体的类型。当没有指定泛型时,默认类型为Object类型。

3.2 使用泛型的好处

上一节只是讲解了泛型的引入,那么泛型带来了哪些好处呢?

  • 将运行时期的ClassCastException,转移到了编译时期变成了编译失败。
  • 避免了类型强转的麻烦。

通过我们如下代码体验一下:

public class GenericDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        Collection<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("abc");
        list.add("itcast");
        // list.add(5);//当集合明确类型后,存放类型不一致就会编译报错
        // 集合已经明确具体存放的元素类型,那么在使用迭代器的时候,迭代器也同样会知道具体遍历元素类型
        Iterator<String> it = list.iterator();
        while(it.hasNext()){
            String str = it.next();
            //当使用Iterator<String>控制元素类型后,就不需要强转了。获取到的元素直接就是String类型
            System.out.println(str.length());
        }
    }
}

tips:泛型是数据类型的一部分,我们将类名与泛型合并一起看做数据类型。

3.3 泛型的定义与使用

我们在集合中会大量使用到泛型,这里来完整地学习泛型知识。

泛型,用来灵活地将数据类型应用到不同的类、方法、接口当中。将数据类型作为参数进行传递。

定义和使用含有泛型的类

定义格式:

修饰符 class 类名<代表泛型的变量> {  }

例如,API中的ArrayList集合:

泛型在定义的时候不具体,使用的时候才变得具体。在使用的时候确定泛型的具体数据类型。

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

使用泛型: 即什么时候确定泛型。

在创建对象的时候确定泛型

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

此时,变量E的值就是String类型,那么我们的类型就可以理解为:

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

再例如,

Java基础学习10:【Collection、泛型】

此时,变量E的值就是Integer类型,那么我们的类型就可以理解为:

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

含有泛型的方法

定义格式:

修饰符 <代表泛型的变量> 返回值类型 方法名(参数){ }

例如,

public class MyGenericMethod {
   public <MVP> void show(MVP mvp) {
       System.out.println(mvp.getClass());
 }
   public <MVP> MVP show2(MVP mvp) {
       return mvp;
   }
}

调用方法时,确定泛型的类型

public class GenericMethodDemo {
     public static void main(String[] args) {
         // 创建对象
         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

定义格式:

修饰符 interface接口名<代表泛型的变量> { }

例如,

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

    public abstract E getE();
 }

使用格式:

1、定义类时确定泛型的类型

例如

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

此时,泛型E的值就是String类型。

2、始终不确定泛型的类型,直到创建对象时,确定泛型的类型

例如

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

确定泛型:

 /*
  *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

当使用泛型类或者接口时,传递的数据中,泛型类型不确定,可以通过通配符表示。但是一旦使用泛型的通配符后,只能使用Object类中的共性方法,集合中元素自身方法无法使用。

通配符基本使用

泛型的通配符:不知道使用什么类型来接收的时候,此时可以使用?,?表示未知通配符。

此时只能接受数据,不能往该集合中存储数据。

举个例子大家理解使用即可:

public static void main(String[] args) {
     Collection<Intger> list1 = new ArrayList<Intger>();
     getElement(list1);
     Collection<String> list2 = new ArrayList<String>();
     getElement(list2);
 }
 public static void getElement(Collection<?> coll){}
 //?代表可以接收任意类型

tips:泛型不存在继承关系 Collection list = new ArrayList();这种是错误的。

通配符高级使用-受限泛型。之前设置泛型的时候,实际上是可以任意设置的,只要是类就可以设置。但是在JAVA的泛型中可以指定一个泛型的上限和下限。

Java基础学习10:【Collection、泛型】

比如:现已知Object类,String 类,Number类,Integer类,其中Number是Integer的父类

 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);//报错
    getElement(list3);
    getElement(list4);//报错
    getElement2(list1);//报错
    getElement2(list2);//报错
    getElement2(list3);
    getElement2(list4);
}
// 泛型的上限:此时的泛型?,必须是Number类型或者Number类型的子类
public static void getElement1(Collection<? extends Number> coll){}
// 泛型的下限:此时的泛型?,必须是Number类型或者Number类型的父类
public static void getElement2(Collection<? super Number> coll){}

第四章 集合综合案例

4.1 案例介绍

按照斗地主的规则,完成洗牌发牌的动作。具体规则:

使用54张牌打乱顺序,三个玩家参与游戏,三人交替摸牌,每人17张牌,最后三张留作底牌。

4.2 案例分析

  • 准备牌:

牌可以设计为一个ArrayList<String>,每个字符串为一张牌。每张牌由花色数字两部分组成,我们可以使用花色集合与数字集合嵌套迭代完成每张牌的组装。牌由Collections类的shuffle方法进行随机排序。

  • 发牌:

将每个人以及底牌设计为ArrayList<String>,将最后3张牌直接存放于底牌,剩余牌通过对3取模依次发牌。

  • 看牌:

直接打印每个集合。

4.3 代码实现

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
public class Poker {
    public static void main(String[] args) {
        /*
        * 1: 准备牌操作
        */
        //1.1 创建牌盒 将来存储牌面的 
        ArrayList<String> pokerBox = new ArrayList<String>();
        //1.2 创建花色集合
        ArrayList<String> colors = new ArrayList<String>();
        //1.3 创建数字集合
        ArrayList<String> numbers = new ArrayList<String>();
        //1.4 分别给花色 以及 数字集合添加元素
        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 创造牌  拼接牌操作
        // 拿出每一个花色  然后跟每一个数字 进行结合  存储到牌盒中
        for (String color : colors) {
            //color每一个花色 guilian
            //遍历数字集合
            for(String number : numbers){
                //结合
                String card = color+number;
                //存储到牌盒中
                pokerBox.add(card);
            }
        }
        //1.6大王小王
        pokerBox.add("小");
        pokerBox.add("大");	  
        // System.out.println(pokerBox);
        //洗牌 是不是就是将  牌盒中 牌的索引打乱 
        // Collections类  工具类  都是 静态方法
        // shuffer方法   
        /*
         * static void shuffle(List<?> list) 
         *     使用默认随机源对指定列表进行置换。 
         */
        //2:洗牌
        Collections.shuffle(pokerBox);
        //3 发牌
        //3.1 创建 三个 玩家集合  创建一个底牌集合
        ArrayList<String> player1 = new ArrayList<String>();
        ArrayList<String> player2 = new ArrayList<String>();
        ArrayList<String> player3 = new ArrayList<String>();
        ArrayList<String> dipai = new ArrayList<String>();	  
        //遍历 牌盒  必须知道索引   
        for(int i = 0;i<pokerBox.size();i++){
            //获取 牌面
            String card = pokerBox.get(i);
            //留出三张底牌 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  ==0
                if(i%3==0){
                  	player1.add(card);
                }else if(i%3==1){//玩家2
                  	player2.add(card);
                }else{//玩家3
                  	player3.add(card);
                }
            }
        }
        //看看
        System.out.println("令狐冲:"+player1);
        System.out.println("田伯光:"+player2);
        System.out.println("绿竹翁:"+player3);
        System.out.println("底牌:"+dipai);  
	}
}
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