面向对象-教案（第25讲） 泛型、集合框架；（第26讲） Set接口及实现类

《面向对象程序设计》教案第25讲教学对象计算机科学技术专业授课内容10.1泛型10.2集合框架10.3List接口及实现类课程标准教学目标（一）知识目标1.了解泛型的概念2.掌握泛型的定义和使用3.了解集合框架4.掌握List接口及实现类（二）能力目标1.能够学会泛型类的定义和使用2.熟练掌握ArrayList的基本操作，能够熟练使用List集合解决问题教学方法采用讲授法、演示法、讨论法、案例教学。学时及分配（第1学时50分钟）课堂讲授30分钟课堂练习20分钟10.1泛型10.2集合框架学时及分配（第2学时50分钟）课堂讲授20分钟课堂练习30分钟10.3List接口及实现类知识点分析重点：泛型类型的定义和使用ArrayList的基本操作难点：泛型接口及泛型方法集合的体系结构、迭代器教学过程设计内容方式问题导入回顾一下，我们在前边课程中定义了一个整数栈类IntStack，该类使用Integer作为栈的元素，这就限制了该类只能对Integer元素操作。如果要使这个栈类更具有通用性，我们可以使用Object作为栈的元素，因为Object类是所有类的超类，所以Object可以引用任何对象类型。然而，这种做法无法提供类型的安全性，在进行类型转换时可能发生类型不匹配异常。使用泛型就可以提高类型安全性，因为，它可以使类型转换自动地、隐式地进行。所谓泛型（generics）就是带一个或多个类型参数（typeparameter）的类或接口。对于上述讨论的对象栈，可以使用泛型定义。内容要点10.1.1泛型类泛型是带一个或多个类型参数的类或接口。【程序10-1】定义一个泛型Node类表示节点，类型参数T表示节点中存放的值。Node.javapackagecom.boda.xy;publicclassNode<T>{privateTdata;//泛型成员publicNode(){}//默认构造方法publicNode(Tdata){//带参数构造方法this.data=data;}publicTgetData(){//访问方法定义 returndata;}publicvoidsetData(Tdata){//修改方法定义 this.data=data;}//显示类型名publicvoidshowType(){ System.out.println("T的类型是："+data.getClass().getName());}}泛型类型的使用与方法调用类似，方法调用需向方法传递参数，使用泛型需传递一个类型参数，即用某个具体的类型替换T。例如，如果要在Node对象中存放Integer对象，就需要在创建Node对象时为其传递Integer类型参数。要实例化泛型类对象，也使用new运算符，但在类名后面需加上要传递的具体类型。varintNode=newNode<Integer>();一旦创建了intNode对象，就可以调用setData()方法设置其中的Integer对象，调用getData()方法返回其中的Integer对象，如下代码所示。【程序10-2】NodeTest.javapackagecom.boda.xy;publicclassNodeTest{publicstaticvoidmain(String[]args){varintNode=newNode<Integer>();不需要强制类型转换intNode.setData(999);不需要强制类型转换varvalue=intNode.getData();System.out.println(value);intNode.showType();}}按照约定，类型参数名使用单个大写字母表示。常用的类型参数名有：E表示元素，K表示键，N表示数字，T表示类型，V表示值等。10.1.2泛型接口还可以定义泛型接口。泛型可能具有多个类型参数，但在类或接口的声明中，每个参数名必须是唯一的。【程序10-3】定义了带两个参数的泛型接口Entry。【程序10-4】定义了实现Entry接口的泛型类Pair。下面语句创建两个Pair类实例：varp1=newPair<Integer,String>(20,"twenty");varp2=newPair<String,String>("china","Beijing");10.1.3泛型方法泛型方法（genericmethod）是带类型参数的方法。类的成员方法和构造方法都可以定义为泛型方法。泛型方法的定义与泛型类型的定义类似，但类型参数的作用域仅限于声明的方法和构造方法内。泛型方法可以定义为静态的和非静态的。【程序10-5】泛型方法的定义和使用。MathUtil.java参见教材。10.1.4通配符（?）的使用泛型类型本身是一个Java类型，为泛型类型传递不同的类型参数会产生不同的类型。例如：List<Object>list1=newArrayList<Object>();List<String>list2=newArrayList<String>();List<String>并不是List<Object>的子类型。因此，把一个List<String>对象传递给一个需要List<Object>对象的方法，将会产生一个编译错误。请看下面代码。publicstaticvoidprintList(List<Object>list){for(Objectelement:list){System.out.println(element);}}如果传递给该方法一个List<String>对象，将发生编译错误。如果要使上述方法可打印任何类型的列表，可将其参数类型修改为List<?>，如下所示：publicstaticvoidprintList(List<?>list){for(Objectelement:list){System.out.println(element);}}这里，问号（?）就是通配符，它表示该方法可接受任何类型的List对象。【程序10-6】WildCardDemo.java10.1.5方法中有界参数有时需要限制传递给类型参数的类型种类，例如，要求一个方法只接受Number类或其子类的实例，这就需要使用有界类型参数（boundedtypeparameter）。有界类型分为上界和下界，上界用extends指定，下界用super指定。例如，要声明上界类型参数，应使用问号（？），后跟extends关键字，然后是上界类型。这里，extends具有一般的意义，对类表示扩展（extends），对接口表示实现（implements）。假如要定义一个getAverage()方法，它返回一个列表中所有数字的平均值，我们希望该方法能够处理Integer列表、Double列表等各种数字列表。但是，如果把List<Number>作为getAverage()方法的参数，它将不能处理List<Integer>列表或List<Double>列表。为了使该方法更具有通用性，可以限定传递给该方法的参数是Number对象或其子类对象的列表，这里Number类型就是列表中元素类型的上界（upperbound）。下面案例的getAverage()方法就是这样的参数。【程序10-7】BoundedTypeDemo.java10.2集合框架集合是指集中存放一组对象的一个对象。集合相当于一个容器，它提供了保存、获取和操作其他元素的方法。集合能够帮助Java程序员轻松地管理对象。Java集合框架由两种类型构成，一个是Collection，另一个是Map。Collection对象用于存放一组对象，Map对象用于存放一组“关键字/值”的对象。Collection和Map是最基本的接口，它们又有子接口，这些接口的层次关系如图12-5所示。10.3List接口及实现类List接口实现一种线性表的数据结构。存放在

List中的所有元素都有一个下标（从0开始），可以通过下标访问List中的元素。List中可以包含重复元素。List接口的实现类包括ArrayList、LinkedList、Vector和Stack。10.3.1List的操作List接口除继承Collection的方法外，还定义了一些自己的方法。使用这些方法可以实现定位访问、查找、迭代和返回子线性表。booleanadd(Objecte)：将指定元素插入到列表末尾。voidadd(intindex,Eelement)：将指定元素插入到指定下标处。Eget(intindex)：返回指定下标处的元素。Eset(intindex,Eelement)：修改指定下标处的元素。Eremove(intindex)：删除指定下标处的元素booleanaddAll(intindex,Collection<?extendsE>c)：在指定下标处插入集合c中的全部元素。intindexOf(Objecto)：查找指定对象第一次出现的位置。intlastIndexOf(Objecto)：查找指定对象最后一次出现的位置。List<E>subList(intfrom,intto)：返回从from到to元素的一个子线性表。10.3.2ArrayList类ArrayList是最常用的列表实现类，它通过数组实现的集合对象。ArrayList类实际上实现了一个变长的对象数组，其元素可以动态地增加和删除。它的定位访问时间是常量时间。ArrayList的构造方法如下：ArrayList()：创建一个空的数组列表对象，默认初始容量是10。初始容量指的是列表可以存放多少元素。当列表填满而又需要添加更多元素时，列表大小会自动增大。ArrayList(Collectionc)：用集合c中的元素创建一个数组列表对象。ArrayList(intinitialCapacity)：创建一个空的数组列表对象，并指定初始容量。下列代码创建一个ArrayList对象向其中插入几个元素，并使用ArrayList的有关方法对它操作。varbigCities=newArrayList<String>();bigCities.add("北京");bigCities.add("上海");bigCities.add("广州");System.out.println(bigCities.size());bigCities.add(2,"伦敦");//插入元素bigCities.set(2,"纽约");//修改元素System.out.println(bigCities.contains("北京"));System.out.println(bigCities);System.out.println(bigCities.indexOf("巴黎"));10.3.3遍历集合元素在使用集合时，遍历集合元素是最常见的任务。遍历集合中的元素有多种方法：用简单的for循环、用增强的for循环和用Iterator迭代器对象。1.使用简单的for循环使用简单的for循环可以遍历集合中的每个元素。for(vari=0;i<bigCities.size();i++){System.out.print(bigCities.get(i)+"");}2.使用增强的for循环使用增强的for循环不但可以遍历数组的每个元素，还可以遍历集合中的每个元素。下面的代码打印集合的每个元素：for(varcity:bigCities)System.out.println(city);上述代码的含义是：将集合bigCities中的每个对象存储到city变量中，然后打印输出。使用这种方法只能按顺序访问集合中的元素，不能修改和删除集合元素。3.使用迭代器迭代器是一个可以遍历集合中每个元素的对象。调用集合对象的iterator()方法可以得到Iterator对象，再调用Iterator对象的方法就可以遍历集合中的每个元素。Iterator接口定义了如下3个方法。booleanhasNext()：返回迭代器中是否还有对象。Enext()：返回迭代器中下一个对象。voidremove()：删除迭代器中的当前对象。Iterator使用一个内部指针，开始它指向第一个元素的前面。如果在指针的后面还有元素，hasNext()方法返回true。调用next()方法，指针将移到下一个元素，并返回该元素。remove()方法将删除指针所指的元素。假设myList是ArrayList的一个对象，要访问myList中的每个元素，可以按下列方法实现：Iteratoriterator=myList.iterator();//得到迭代器对象while(iterator.hasNext()){System.out.println(iterator.next());}使用Iterator也可以用for循环访问集合元素。for(variterator=myList.iterator();iterator.hasNext();){System.out.println(iterator.next());}【程序10-8】ListDemo.java10.3.4数组转换为List对象java.util.Arrays类提供了一个asList()方法，它将数组转换成List对象：publicstatic<T>List<T>asList(T…a)该方法提供了一个方便的从多个元素创建List对象的途径，它的功能与Collection接口的toArray()方法相反。varstr=newString[]{"one","two","three","four"};varlist=Arrays.asList(str);//将数组转换为列表System.out.println(list);也可以将数组元素直接作为asList()方法的参数写在括号中，例如：varlist=Arrays.asList("one","two","three","four");数组元素还可以使用基本数据类型，如果使用基本数据类型，则转换成List对象元素时进行了自动装箱操作。在Java9中，如果希望使用几个元素创建一个集合，可以使用集合的工厂方法，从而可以避免调用add()方法。varints=Set.of(1,2,3);varstrList=List.of("first","second");注意，使用Arrays.asList()方法和集合的of()工厂方法返回的集合对象是不可变的，因此创建后再进行填加、删除等操作，将抛出UnsupportedOperationException异常。如果要实现对集合对象的操作，可以将其作为一个参数传递给另一个List的构造方法，如下所示。List<String>list=newArrayList<>(Arrays.asList(str));采用机房授课边讲边练，同时用启发式、讨论式、案例教学等教学方法。布置课外学习任务教材课后编程题：1，2教学反思《面向对象程序设计》教案第26讲教学对象计算机科学技术专业授课内容10.4Set接口及实现类10.5Queue接口及实现类10.6案例学习——用集合存储、遍历员工记录课程标准教学目标（一）知识目标1.掌握Set接口及实现类的定义和使用2.掌握Queue接口及实现类的定义和使用（二）能力目标1.熟练掌握HashSet和TreeSet集合的基本操作，能够熟练使用Set集合解决实际问题2.熟练掌握Queue接口的基本操作，能够熟练使用LinkedList解决实际问题教学方法采用讲授法、演示法、讨论法、案例教学。学时及分配（第1学时50分钟）课堂讲授30分钟课堂练习20分钟10.4Set接口及实现类学时及分配（第2学时50分钟）课堂讲授20分钟课堂练习30分钟10.5Queue接口及实现类10.6案例学习——用集合存储、遍历员工记录知识点分析重点：HashSet和TreeSet集合的基本操作ArrayDeque类和LinkedList类的使用难点：自定义比较器教学过程设计内容方式问题导入在Connection接口中，有两个重要接口List和Set，上节课已经讲解了List接口及其实现类的使用，本节课将继续讲解Connection接口的另一个子接口Set接口及其实现类的使用。内容要点10.4Set接口及实现类Set接口对象类似于数学上的集合概念，其中不允许有重复的元素。Set接口没有定义新的方法，只包含从Collection接口继承的方法。Set接口的常用实现类有：HashSet类、TreeSet类和LinkedHashSet类。10.4.1HashSet类HashSet类用散列方法存储元素，具有最好的存取性能，但元素没有顺序。HashSet类的构造方法有：HashSet()：创建一个空的散列集合，该集合的默认初始容量是16，默认装填因子（loadfactor）是0.75。装填因子决定何时对散列表进行再散列。例如，如果装填因子为0.75（默认值），而表中超过75%的位置已经填入元素，这个表就会用双倍的桶数自动地进行再散列。对于大多数应用程序来说，装填因子为75%是比较合理的。HashSet(Collectionc)：用指定的集合c的元素创建一个散列集合。HashSet(intinitialCapacity)：创建一个散列集合，并指定集合的初始容量。下面代码演示了HashSet的使用。varwords=newHashSet<>();words.add("one");words.add("two");words.add("three");words.add("four");words.add("one");//不能将重复的元素添加到集合中for(varw:words)System.out.print(w+"");//fouronetwothree从结果可以看到，在向Set对象中添加元素时，重复的元素不能添加到集合中。另外，由于程序中使用的实现类为HashSet，它并不保证集合中元素的顺序。10.4.2TreeSet类TreeSet实现一种树集合，它使用红-黑树为元素排序，添加到TreeSet中的元素必须是可比较的，即元素的类必须实现Comparable<T>接口。它的操作要比HashSet慢。TreeSet类的默认构造方法创建一个空的树集合，其他构造方法如下。TreeSet(Collectionc)：用指定集合c中的元素创建一个新的树集合，集合中的元素按自然顺序排序。TreeSet(Comparatorc)：创建一个空的树集合，元素的排序规则按给定的比较器c的规则排序。【程序10-9】TreeSetDemo.java10.4.3对象顺序创建TreeSet类对象时如果没有指定比较器对象，集合中的元素按自然顺序排列。所谓自然顺序（naturalorder）是指集合对象实现了Comparable<T>接口的compareTo()方法，对象则根据该方法排序。如果试图对没有实现Comparable<T>接口的集合元素排序，将抛出ClassCastException异常。另一种排序方法是创建TreeSet对象时指定一个比较器对象，这样，元素将按比较器的规则排序。如果需要指定新的比较规则，可以定义一个类实现Comparator<T>接口，然后为集合提供一个新的比较器。字符串的默认比较规则是按字母顺序比较。假如按反顺序比较，可以定义一个类实现Comparator<T>接口，然后用该类对象作为比较器。【程序10-10】实现字符串的降序排序DescSortDemo.java10.5Queue接口及实现类Queue接口是Collection的子接口，它是以先进先出（First-In-First-Out，FIFO）的方式排列其元素，称为队列(queue)。Queue接口的子接口Deque实现双端队列，ArrayDeque和LinkedList是它的两个实现类。10.5.1Queue接口和Deque接口Queue接口除了提供Collection的操作外，还提供了插入、删除和检查操作。Queue接口的常用方法如下：booleanadd(Ee)：将指定的元素e插入到队列中。Eremove()：返回队列头元素，同时将其删除。Eelement()：返回队列头元素，但不将其删除。Deque接口实现双端队列，它支持从两端插入和删除元素。Deque接口中定义的基本操作方法，如表10-1所示。表10-1Deque接口常用方法操作类型队首元素操作队尾元素操作插入元素addFirst(e)addLast(e)offerFirst(e)offerLast(e)删除元素removeFirst()removeLast()pollFirstpollLast()返回元素getFirst()getLast()peekFirst()peekLast()10.5.2ArrayDeque类和LinkedList类Deque的常用实现类包括ArrayDeque类和LinkedList类，前者是可变数组的实现，后者是线性表的实现。LinkedList类比ArrayDeque类更灵活，它实现了线性表的所有操作，其中可以存储null元素，但ArrayDeque对象不能存储null。可以使用增强的for循环和迭代器访问Deque的元素。varaDeque=newArrayDeque<String>();…for(varstr:aDeque){System.out.println(str);}使用迭代器访问Deque元素代码如下：varaDeque=newArrayDeque<String>();…for(variter=aDeque.iterator();iter.hasNext();){System.out.println(iter.next());}【程序10-11】演示了ArrayDeque类的使用DequeDemo.java队列的实现类一般不允许插入null元素，但LinkedList类是它允许null元素。如果需要经常在线性表的头部添加元素或在内部删除元素，就应该使用LinkedList。这些操作在LinkedList中是常量时间，在ArrayList中是线性时间。而对定位访问LinkedList是线性时间，ArrayList是常量时间。LinkedList的构造方法如下：LinkedList()：创建一个空的链表。LinkedList(Collecti