《Java面向对象》课件-模块六 集合与泛型

模块六集合与泛型目录/Contents01List集合02泛型0304Map集合Stream流List集合任务一学习目标熟悉List集合的作用，能够简述List集合常用的方法以及常用实现类的特点

先定一个小目标！掌握ArrayList集合的使用，能够使用ArrayList实现数据的增删改查掌握LinkedList集合的使用，能够使用LinkedList实现数据的增删改查List集合简介List集合是一个有序集合，允许存储重复的元素。List集合中的元素按照插入的顺序进行存储，并且可以通过索引访问和操作其中的元素。List集合简介List集合不但继承了Collection集合中的全部方法，还提供了一些根据元素索引操作集合的特有方法。方法声明功能描述voidadd(intindex,Objectelement)将对象element插入List集合的index索引处booleanaddAll(intindex,Collectionc)将集合c中的所有元素插入到List集合的index索引处Objectget(intindex)返回集合中索引位置为index的元素Objectremove(int

index)删除集合中索引位置为index的元素Objectset(int

index,Object

element)将索引位置为index的元素替换成element对象，并将替换后的对象返回intindexOf(Object

o)返回对象o在List集合中第一次出现的索引位置intlastIndexOf(Object

o)返回对象o在List集合中最后一次出现的索引位置ListsubList(int

fromIndex,int

toIndex)返回从索引fromIndex（包括）到

toIndex（不包括）的所有元素组成的子集合ArrayList集合ArrayList集合是List集合的一个实现类，其内部封装了一个长度可变的数组对象，当存入的元素超过数组长度时，ArrayList会分配一个更大的数组来存储这些元素，因此可以将ArrayList集合看作一个长度可变的数组。ArrayList具有数组的特点，即读取元素效率较高，插入和删除元素时，可能需要移动其他元素的位置，导致效率相对低一些。ArrayList集合ArrayList集合的构造方法。方法声明功能描述ArrayList()创建一个初始容量为10的空ArrayList对象ArrayList(intinitialCapacity)创建一个指定初始容量的空ArrayList对象ArrayList(Collection<?extendsE>c)创建一个包含指定Collection元素的ArrayList对象ArrayList集合ArrayList集合提供了三种构造方法。方法声明功能描述ArrayList()创建一个初始容量为10的空ArrayList集合ArrayList(intinitialCapacity)创建一个指定初始容量的空ArrayList集合ArrayList(Collection<?extendsE>c)创建一个包含指定Collection元素的ArrayList集合ArrayList集合通过一个案例演示ArrayList集合的基本操作。案例演示Example01.java源代码ArrayList集合案例的运行结果如下图所示。案例演示LinkedList集合ArrayList集合在查询元素时速度很快，但在增删元素时效率相对低一些。如果需要频繁向集合中插入和删除元素，可以使用List集合的另一个实现类LinkedList。LinkedList集合LinkedList底层结构：双向循环链表。链表中每个节点都通过引用的方式记录它前一个或后一个节点，从而将所有节点连接在一起。LinkedList集合插入和删除元素的过程如下图所示。LinkedList集合LinkedList集合除了包含从List集合继承过来的方法，还定义了一些自身特有的方法。方法声明功能描述voidaddFirst(Object

o)将指定元素o插入集合的开头voidaddLast(Object

o)将指定元素o添加到集合的结尾Object

getFirst()返回集合的第一个元素Object

getLast()返回集合的最后一个元素Object

removeFirst()移出并返回集合的第一个元素Object

removeLast()移出并返回集合的最后一个元素LinkedList集合下面通过一个案例演示LinkedList常用方法的使用。案例演示Example02.java源代码LinkedList集合案例的运行结果如下图所示。案例演示集合的遍历在开发中，对集合进行遍历是非常常见的操作。Java提供了一个接口Iterator，用于遍历Collection集合中的元素。同时，Java还提供了增强for循环，也称为for-each循环，增强for循环在遍历数组或者实现了Iterable接口的集合对象时非常方便，它会自动迭代集合中的每个元素，无须手动管理索引值。集合的遍历1.使用Iterator迭代器遍历集合使用Iterator迭代器访问集合中的元素的常用方法。方法声明功能描述booleanhasNext()判断集合中是否还有下一个元素可以访问Objectnext()返回集合中的下一个元素，并将迭代指针移到下一个位置voidremove()从集合中移除通过next()方法获取到的元素集合的遍历1.使用Iterator迭代器遍历集合下面通过一个案例演示如何使用Iterator接口的方法对集合进行遍历。Example03.java源代码集合的遍历1.使用Iterator迭代器遍历集合案例的运行结果如下图所示。集合的遍历1.使用Iterator迭代器遍历集合Iterator迭代器迭代元素的过程。集合的遍历脚下留心：并发修改异常在使用Iterator遍历集合时，如果在遍历过程中使用集合对象的remove()方法删除元素，会出现并发修改异常。这是Iterator用于检测并发修改的一种机制，当集合在遍历过程中发生结构性修改（例如添加元素，删除元素），迭代器的内部计数器发生变化，从而抛出并发修改异常（ConcurrentModificationException）。集合的遍历脚下留心：并发修改异常下面通过一个案例演示并发修改异常。Example04.java源代码集合的遍历脚下留心：并发修改异常案例的运行结果如下图所示。6.4集合的遍历脚下留心：并发修改异常如果想要安全地删除集合中的元素，可以使用Iterator接口提供的remove()方法，它会在删除元素后通知迭代器集合结构发生了改变，避免出现并发修改异常。下面把Example04.java文件中第13~15行代码修改为如下代码。int[]arr; //声明一个int[]类型的变量arr=newint[3]; //为arr分配3个数组元素的空间修改后再次运行案例，结果如右图所示。集合的遍历2.使用增强for循环遍历集合从JDK5开始，Java提供了增强for循环，简化了Iterator接口遍历的书写。在遍历集合时，增强for循环语法上是在编译时被转换成Iterator迭代器的while循环实现的，因此它适用于实现了Iterator接口的集合类。集合的遍历2.使用增强for循环遍历集合下面通过一个案例演示使用增强for循环遍历集合的方式。Example05.java源代码集合的遍历2.使用增强for循环遍历集合案例的运行效果如下图所示。任务小结本章主要对Java中常用集合类和泛型的相关知识进行了讲解。首先讲解了集合的基础知识以及Collection集合；其次讲解了List集合、集合的遍历、泛型；接着讲解了Set集合；然后讲解了Map集合。最后讲解了Stream流。通过学习本章内容，大家能够熟练运用不同集合类处理各种数据需求，并能够掌握泛型和Stream流的使用。任务小结目录/Contents01List集合02泛型0304Map集合Stream流泛型任务二学习目标掌握泛型的使用，能够使用泛型指定集合中元素的类型

先定一个小目标！泛型为了避免进行强制类型转换，同时提高类型的安全性，Java引入了“参数化类型(parameterizedtype)”的概念，也就是泛型。泛型就是指给类型指定一个参数，在使用时再指定此参数的具体值，这样一来就可以根据不同的需求操作不同类型的数据，使得代码更加灵活和可扩展。集合引入泛型之后，会在使用或者调用时传入具体的类型以确定最终的数据类型，所以集合需要存储什么类型的数据，在创建集合时传入对应的类型即可。泛型定义泛型时，类型参数由一对尖括号（<>）包含在中间。下面使用泛型优化文件Example06.java，将第5行代码修改为如下代码。List<Integer>list=newArrayList<>();上述代码指定了List集合中元素的类型为Integer，这样编译器在编译期就会做类型检查，从而限制List集合中只能存储Integer类型的元素。如果在集合中添加其他类型的元素，编译器会提示错误。如下图所示。泛型案例演示下面修改文件Example06.java，将List集合中原来的String类型的元素改为Integer类型，并在遍历List集合时将元素的类型由Object改为Integer。修改后的Example06.java源代码泛型案例演示修改后的案例运行结果如下图所示。泛型除了集合类等一些Java提供的类增加了泛型支持外，还可以根据需要自定义泛型类。例如，当一个类的行为和功能需要适用于多个不同类型的数据时，可以将这个类定义为泛型类。定义泛型类的语法格式如下：多学一招：自定义泛型类[修饰符]class类名<类型形参1，类型形参2，…，类型形参n>{//类的成员变量和成员方法}对上述语法格式的解释：（1）类名<类型形参>：是一个整体的数据类型，通常称为泛型类型。泛型多学一招：自定义泛型类（2）类型形参没有特定的意义，可以用任意一个大写字母表示，但是为了提高可读性，一般会使用有意义的字母表示。E：Element(元素)，常在JavaCollection里使用，如List<E>，Iterator<E>，Set<E>。K，V：Key，Value(Map的键值对)。N：Number(数字)。T：Type(类型)，如String，Integer等。在泛型类中，类型形参可以用于指定成员变量的类型，成员方法的形参类型，以及成员方法的返回值类型。泛型多学一招：自定义泛型类除了可以在类中使用泛型，还可以在接口和方法中使用泛型。声明泛型接口的语法格式与泛型类的类似，具体如下：声明泛型方法的格式如下：[修饰符]interface接口名<类型形参1,类型形参2,…,类型形参n>{}[修饰符]<类型形参1,类型形参2,…>返回值类型方法名称(类型形参1形参变量1,类型形参2形参变量2,…){}泛型多学一招：自定义泛型类在泛型类、泛型接口和泛型方法中，泛型类型一旦确定就不能更改。然而，在有些情况下需要指定可以操作的类型为某个类的父类或子类，这时候可以使用限定通配符来限制可操作类型的范围。Java中的限定通配符分为两种，具体如下所示。<?extendsT>，上界通配符。表示限定传入的类型必须为T类型或T类的子类型。<?superT>，下界通配符。表示限定传入的类型必须为T类型或T类的父类型。使用限定通配符后，泛型类型必须用限定内的类型来进行初始化，否则会编译错误。此外，Java中还提供了<?>表示非限定通配符，可以匹配任意类型，用于在泛型类、泛型接口和泛型方法中指定不确定的类型。【案例6-1】社团成员管理案例描述某校创立了一个书法社团，目前正在面向全校学生招募社团成员。本案例要求为该社团做一个社团成员的管理系统，实现对社团成员的添加、移除、修改和查询功能。社团成员管理的具体要求如下。系统首页：用于显示社团成员管理系统的所有功能，并根据用户的选择进行对应的操作。添加功能：添加成员时需要输入成员的编号、姓名、年龄和年级。每个成员的成员编号唯一，若添加的编号已被占用，则提示用户重新输入。【案例6-1】社团成员管理案例描述修改功能：修改功能只支持修改成员的年龄和年级两个信息。修改成员信息时需要输入成员的编号，若成员编号存在，则提示输入修改后的年龄和年级；否则提示成员编号不存在的相关提示。查询功能：查询功能支持查询所有成员和按年级查询某个年级的所有成员。按年级查询成员信息时需要输入指定的年级，若社团中存在该年级的成员，则显示查询到的成员信息；否则，提示社团中没有该年级的成员。移除功能：移除成员时需要输入成员的编号，若成员编号存在，则进行删除并提示删除成功；否则提示成员编号不存在的相关警告。【案例6-1】社团成员管理案例效果【案例6-1】社团成员管理案例效果任务小结本章主要对Java中常用集合类和泛型的相关知识进行了讲解。首先讲解了集合的基础知识以及Collection集合；其次讲解了List集合、集合的遍历、泛型；接着讲解了Set集合；然后讲解了Map集合。最后讲解了Stream流。通过学习本章内容，大家能够熟练运用不同集合类处理各种数据需求，并能够掌握泛型和Stream流的使用。任务小结Map集合任务三Map集合现实生活中，每个人都有唯一的身份证号，通过身份证号可以快速查找到这个人的信息，这两者是一对一的关系。在Java程序中，如果想要存储这种具有对应关系的数据，可以使用Map集合，Map集合常用的实现类有HashMap集合和TreeMap集合。学习目标掌握Map集合的作用，能够简述Map集合常用的方法以及常用实现类的特点

先定一个小目标！掌握HashMap集合的使用，能够使用HashMap实现数据的增删改查掌握TreeMap集合的使用，能够使用TreeMap实现数据的增删改查Map集合简介Map集合是Java中用于存储和操作键值对的数据结构，其中的每个元素都包含一个键对象key和一个值对象value，它们之间是一对一的映射关系。Map集合中的键不允许重复，而值可以重复。Map集合简介Map集合定义了很多双列集合通用的集合操作方法，包括添加、删除和判断元素等一些基本方法，还针对双列集合的特殊结构提供了基于键和值的获取方法。常用方法如下所示。方法声明功能描述Vput(Kkey,Vvalue)向Map集合中添加元素（键值对），如果当前Map集合中已有一个键值对中的键与key相等，则新的键值对会覆盖原来的键值对Vremove(Objectkey)从Map集合中删除键为key的键值对，并返回key对应的value；如果该key不存在，则返回nullvoidclear()移除Map集合中所有键值对元素booleancontainsKey(Objectkey)查询Map集合中是否包含指定key的键值对，如果包含则返回trueMap集合简介接上页表格。方法声明功能描述booleancontainsValue(Objectvalue)查询Map集合中是否包含指定value的键值对，如果包含则返回truebooleanisEmpty()判断Map集合是否为空intsize()返回集合中元素的数量Vget(Objectkey)返回Map集合中指定键所映射的值，V表示值的数据类型。如果不包含则返回nullSet<K>keySet()返回Map集合中所有键对象的Set集合Collection<V>values()返回Map集合中所有值对象组成的Collection集合Set<Map.Entry<K,V>>entrySet()返回Map集合中所有键值对的Set集合HashMap集合案例演示HashMap集合的底层结构与HashSet类似，也是采用哈希表来存储元素。HashMap集合中的大部方法都是Map集合方法的实现，下面先通过一个获取文具价格的案学习HashMap集合的使用。Example13.java源代码HashMap集合案例演示案例的运行结果如下图所示。HashMap集合在程序开发中，对于Map集合的遍历操作也是非常常见的需求，通常有以下两种遍历方式。第一种是先通过keySet()方法获取到Map集合中所有键的集合，再通过get()方法获取每个键所对应的值。第二种是将每个键值对看作一个对象，通过entrySet()方法获取Map集合中所有键值对对象的Set集合，再遍历Set集合。HashMap集合案例演示下面通过一个案例演示前面讲解的两种遍历Map集合的方式。Example14.java源代码HashMap集合案例演示案例的运行结果如下图所示。HashMap集合HashMap集合中元素的存取顺序不一致，如果想要元素的添加顺序和输出顺序一致，可以使用LinkedHashMap类，它是HashMap的一个子类，其原理与LinkedHashSet相同，通过在内部使用双向链表来维护元素的添加顺序。HashMap集合案例演示下面使用LinkedHashMap集合存储数据并进行遍历。Example15.java源代码HashMap集合案例演示案例的运行结果如下图所示。TreeMap集合TreeMap是Map集合的一个实现类，它的底层与TreeSet集合类似，采用平衡二叉树的结构存储数据，并通过二叉树的特性保证集合中键的唯一性。TreeMap集合同样可以依赖自然排序或者自定义排序对集合中的键进行排序。TreeMap集合案例演示下面通过一个案例来演示TreeMap集合的用法。案例要求在TreeMap集合中存储学生类对象为键，学生的班级为对应的值的键值对集合，学生对象包含姓名和成绩两个属性，要求遍历Map集合并根据成绩降序排序，其次根据姓名升序排序。首先定义学生类Student.java。Student.java源代码TreeMap集合案例演示下面定义测试类，将学生对象和学生的班级以键值对的方式存入TreeMap集合中。Example16.java源代码TreeMap集合案例演示案例的运行结果如下图所示。【案例6-3】英汉互译案例描述本案例要求编写一个程序，模拟英汉互译的操作。首先程序会初始化n组对应的中英文翻译数据，每个英文单词有1个或多个中文翻译，一个中文词语也可能有多个英文翻译。用户输入英文单词或中文词语后，程序输出该单词或词语所有对应的中文翻译或英文翻译，若未搜索到该单词或词语，则给出相应的提示。【案例6-3】英汉互译案例效果【案例6-4】益智棋牌游戏案例描述棋牌游戏相信许多人都玩过。本案例要求编写一个程序模拟棋牌游戏洗牌发牌的过程。该游戏使用一副54张的扑克牌，牌面由花色和数字（字母）组成，花色有四种，分别表示黑桃、红桃、方片和梅花，小☺和大☻分别表示小王和大王。该游戏共有3位玩家参与，首先将这54张牌的顺序打乱每人轮流摸一次牌，剩余3张留作底牌，然后在控制台打印3位玩家的牌和3张底牌。【案例6-4】益智棋牌游戏案例描述本案例中洗牌的步骤需要把54张牌的顺序打乱，可以使用一个方法shuffle()，它可以用来打乱集合中元素的顺序。该方法是在java.utils.Collections类中定义的，具体用法如下。上述方法的参数表示要打乱的集合，该方法没有返回值。打乱操作会在原始集合上进行。Collections.shuffle(Listlist);【案例6-4】益智棋牌游戏案例效果任务小结本章主要对Java中常用集合类和泛型的相关知识进行了讲解。首先讲解了集合的基础知识以及Collection集合；其次讲解了List集合、集合的遍历、泛型；接着讲解了Set集合；然后讲解了Map集合。最后讲解了Stream流。通过学习本章内容，大家能够熟练运用不同集合类处理各种数据需求，并能够掌握泛型和Stream流的使用。任务小结Stream流任务四学习目标熟悉Stream流的使用，能够使用Stream流对集合进行各种操作

先定一个小目标！Stream流Stream流又称StreamAPI，是JDK8开始提供的用于处理数据的API，它将待处理的数据视为流，在管道中传输。使用Stream流可以轻松地对数组和集合进行操作，简化集合和数组的遍历、筛选、过滤等操作。此外，Stream流的操作会产生结果，但不会修改数据源，这使得数据的处理更加安全可靠。Stream流使用Stream流处理集合一般需要经过三个步骤，分别是获取Stream流、使用中间方法对流进行处理、使用终结方法获取处理结果。下面对这三个步骤进行说明。Stream流1.获取Stream流获取Stream流指的是从数据源中获取Stream流的引用，让开发者能够对数据源进行流式处理。在Java中，对于所有的单列集合，Collection集合提供了一个stream()方法，用于获取对应集合的Stream流对象。对于Java中的双列集合，无法直接使用Stream流进行处理。但是可以通过keySet()方法或entrySet()方法将双列集合转为单列集合，然后调用stream()方法获取Stream流。Stream流2.Stream流的中间方法获取到集合的Stream流后，就可以对流中的数据进行操作了。Stream流提供了一系列方法，用于对数据流进行过滤、排序、去重等中间操作，这些方法被称为中间方法。中间方法是对Stream流中的元素执行处理操作的方法，不会立即返回最终的结果流，它们在终结方法被调用时才会执行。Stream流2.Stream流的中间方法Stream流常用的中间方法如下表所示。方法声明功能描述Stream<T>filter(Predicate<T>predicate)根据指定条件过滤流中的数据Stream<T>sorted()对流中元素进行升序排列Stream<T>sorted(Comparator<?superT>comparator)对流中元素按照指定规则进行排序Stream<T>limit(longmaxSize)截取流中前maxSize个元素Stream<T>skip(longn)跳过流中前n个元素，返回后面的元素Stream<T>distinct()去除流中重复的元素<R>Stream<R>map(Function<?superT,?extendsR>mapper)根据指定的映射函数对流中的数据进行转换，返回一个新的流static<T>Stream<T>concat(Streama,Streamb)合并a和b两个流为一个流Stream流2.Stream流的中间方法Stream流的每个中间方法都会返回一个新的Stream流，这样中间方法可以连续调用，形成操作链，对数据进行连续处理，也就是说，在一行代码中可以连续调用多个中间方法，以便一次性处理多个需求。