對象的集合
如果程序的對象數(shù)量有限,且壽命可知,那么這個程序是相當(dāng)簡單的。
數(shù)組
數(shù)組與其它容器的區(qū)別體現(xiàn)在三個方面:效率,類型識別以及可以持有primitives。數(shù)組是Java提供的,能隨機(jī)存儲和訪問reference序列的諸多方法中的,最高效的一種。數(shù)組是一個簡單的線性序列,所有它可以快速的訪問其中的元素。但是速度是有代價的;當(dāng)你創(chuàng)建了一個數(shù)組之后,它的容量就固定了,而且在其生命周期里不能改變。也許你會提議先創(chuàng)建一個數(shù)組,等到快不夠用的時候,再創(chuàng)建一個新的,然后將舊的數(shù)組里的reference全部導(dǎo)到新的里面。其實(我們以后會講的)ArrayList就是這么做的。但是這種靈活性所帶來的開銷,使得ArrayList的效率比起數(shù)組有了明顯下降。
Java對數(shù)組和容器都做邊界檢查;如果過了界,它舊會給一個RuntimeException。這種異常表明這個錯誤是由程序員造成的,這樣你就用不著再在程序里面檢查了。
還有一些泛型容器類包括List,Set和Map。他們處理對象的時候就好像這些對象都沒有自己的具體類型一樣。也就是說,容器將它所含的元素都看成是(Java中所有類的根類)Object的。這樣你只需要建一種容器,就能把所有類型的對象全都放進(jìn)去。從這個角度來看,這種做法很不錯(只是苦了 primitive。如果是常量,你還可以用Java的primitive的Wrapper類;如果是變量,那就只能放在你自己的類里了)。與其他泛型容器相比,這里體現(xiàn)數(shù)組的第二革優(yōu)勢:創(chuàng)建數(shù)組的時候,你也同時指明了它所持有的對象的類型(這又引出了第三點(diǎn)--數(shù)組可以持有primitives,而容器卻不行)。也就是說,它會在編譯的時候作類型檢查,從而防止你插入錯誤類型的對象,或者是在提取對象的時候把對象的類型給搞錯了。Java在編譯和運(yùn)行時都能阻止你將一個不恰當(dāng)?shù)南鹘o對象。所有這并不是說使用容器就有什么危險,只是如果編譯器能夠幫你指定,那么程序運(yùn)行會更快,最終用戶也會較少收到程序運(yùn)行異常的騷擾。
從效率和類型檢查的角度來看,使用數(shù)組總是沒錯的。但是,如果你在解決一個更為一般的問題,那數(shù)組就會顯得功能太弱了點(diǎn)。
數(shù)組是第一流的對象
不管你用的是那種類型的數(shù)組,數(shù)組的標(biāo)識符實際上都是一個“創(chuàng)建在堆(heap)里的實實在在的對象的”reference。實際上是那個對象持有其他對象的reference。你即可以用數(shù)組的初始化語句,隱含地創(chuàng)建這個對象,也可以用new表達(dá)式,明確地創(chuàng)建這個對象,只讀的length屬性能告訴你數(shù)組能存儲多少元素。它是數(shù)組對象的一部分(實際上也是你唯一能訪問的屬性或方法)。‘[]’語法是另一條訪問數(shù)組對象的途徑。
你沒法知道數(shù)組里面究竟放了多少元素,因為length只是告訴你數(shù)組能放多少元素,也就是說是數(shù)組對象的容量,而不是它真正已經(jīng)持有的元素的數(shù)量。但是,創(chuàng)建數(shù)組對象的時候,它所持有的reference都會被自動地初始化為null,所以你可以通過檢查數(shù)組的某個“槽位”是否為null,來判斷它是否持有對象。以此類推,primitive的數(shù)組,會自動來數(shù)字初始化為零,字符初始化為(char)0,boolean初始化為false。
primitive容器
容器類只能持有Object對象的reference。而數(shù)組除了能持有Objects的reference之外,還可以直接持有primitive。當(dāng)然可以使用諸如Integer,Double之類的wrapper類。把primitive的值放到容器中,淡這樣總有點(diǎn)怪怪的。此外, primitive數(shù)組的效率要比wrapper類容器的高出許多。
當(dāng)然,如果你使用primitive的時候,還需要那種“能隨需要自動擴(kuò)展的”容器類的靈活性,那就不能用數(shù)組了。你只能用容器來存儲primitive的wrapper類。
返回一個數(shù)組
假設(shè)你寫了一個方法,它返回的不是一個而是一組東西。那么在Java中就可以返回的“就是一個數(shù)組”。與C++不同,你永遠(yuǎn)也不必為Java的數(shù)組操心--只要你還需要它,它就還在;一旦你用完了,垃圾回收器會幫你把它打掃干凈。
Arrays類
java.util里面有一個Arrays類,它包括了一組可用于數(shù)組的static方法,這些方法都是一些實用工具。其中有四個基本方法:用來比較兩個數(shù)組是否相等的equals();用來填充的fill();用來對數(shù)組進(jìn)行排序的sort();以及用于在一個已排序的數(shù)組中查找元素的 binarySearch()。所有這些方法都對primitive和Object進(jìn)行了重載。此外還有一個asList()方法,它接受一個數(shù)組,然后把它轉(zhuǎn)成一個List容器。
雖然Arrays還是有用的,但它的功能并不完整。舉例來說,如果它能讓我們不用寫for循環(huán)就能直接打印數(shù)組,那就好了。此外,正如你所看到的fill()只能用一個值填數(shù)組。所以,如果你想把隨即生成的數(shù)字填進(jìn)數(shù)組的話,fill()是無能為力的。
復(fù)制一個數(shù)組
Java標(biāo)準(zhǔn)類庫提供了一個System.arraycopy()的static方法。相比for循環(huán),它能以更快的速度拷貝數(shù)組。System.arraycopy()對所有類型都作了重載。
對象數(shù)組和primitive數(shù)組都能拷貝。但是如果你拷貝的是對象數(shù)組,那么你只拷貝了它們的reference--對象本身不會被拷貝。這被成為淺拷貝(shallow copy)。
數(shù)組的比較
為了能比較數(shù)組是否完全相等,Arrays提供了經(jīng)重載的equals()方法。當(dāng)然,也是針對各種primitive以及Object的。兩個數(shù)組要想完全相等,他們必須有相同數(shù)量的元素,而且數(shù)組的每個元素必須與另一個數(shù)組的相對應(yīng)的位置上的元素相等。元素的相等姓,用equals()判斷。(對于 primitive,它會使用其wrapper類的equals();比如int使用Integer.equals()。)。
數(shù)組元素的比較
Java里面有兩種能讓你實現(xiàn)比較功能的方法。一是實現(xiàn)java.lang.Comparable接口,并以此實現(xiàn)類“自有的”比較方法。這是一個很簡單的接口,它只有一個方法compareTo()。這個方法能接受另一個對象作為參數(shù),如果現(xiàn)有對象比參數(shù)小,它就會返回一個負(fù)數(shù),如果相同則返回零,如果現(xiàn)有的對象比參數(shù)大,它就返回一個正數(shù)。
static randInt()方法會生成一個介于0到100之間的正數(shù)。
現(xiàn)在架設(shè),有人給你一個沒有實現(xiàn)Comparable接口的類,或者這個類實現(xiàn)了Comparable接口,但是你發(fā)現(xiàn)它的工作方式不是你所希望的,于是要重新定義一個新的比較方法。Java沒有強(qiáng)求你一定要把比較代碼塞進(jìn)類里,它的解決方案是使用“策略模式(strategy design pattern)”。有了策略之后,你就能把會變的代碼封裝到它自己的類里(即所謂的策略對象strategy object)。你把策略對象交給不會變的代碼,然后用它運(yùn)用策略完成整個算法。這樣,你就可以用不同的策略對象來表示不同的比較方法,然后把它們都交給同一個排序程序了。接下來就要“通過實現(xiàn)Comparator接口”來定義策略對象了。這個接口有兩個方法compare()和equals()。但是除非是有特殊的性能要求,否則你用不著去實現(xiàn)equals()。因為只要是類,它就都隱含地繼承自O(shè)bject,而Object里面已經(jīng)有了一個 equals()了。所以你盡可以使用缺省的Object的equals(),這樣就已經(jīng)滿足接口的要求了。
Collections類里專門有一個會返回與對象自有的比較法相反的Comparator的方法。它能很輕易地被用到CompType上面。
Collections.reverseOrder()返回了一個Comparator的reference。
compare()方法會根據(jù)第一個參數(shù)是小于,等于還是大于第二個參數(shù),分別返回負(fù)整數(shù),零或是正整數(shù)。
數(shù)組的排序
有了內(nèi)置的排序方法之后,你就能對任何數(shù)組排序了,不論是primitive的還是對象數(shù)組的,只要它實現(xiàn)了Comparable接口或有一個與之相關(guān)的Comparator對象就行了。
Java標(biāo)準(zhǔn)類庫所用的排序算法已經(jīng)作了優(yōu)化--對primitive,它用的是“快速排序(Quicksort)”,對對象,它用的是“穩(wěn)定合并排序(stable merge sort)”。所以除非是prolier表明排序算法是瓶頸,否則你不用為性能擔(dān)心。
查詢有序數(shù)組
一旦數(shù)組排完序,你就能用Arrays.binarySearch()進(jìn)行快速查詢了。但是切忌對一個尚未排序的數(shù)組使用binarySearch();因為這么做的結(jié)果是沒意義的。
如果Arrays.binarySearch()找到了,它就返回一個大于或等于0的值。否則它就返回一個負(fù)值,而這個負(fù)值要表達(dá)的意思是,如果你手動維護(hù)這個數(shù)組的話,這個值應(yīng)該插在哪個為止。這個值就是:
-(插入點(diǎn))-1
“插入點(diǎn)”就是,在所有“比要找的那個值”更大值中,最小的那個值的下標(biāo),或者,如果數(shù)組中所有的值都比要找的值小,它就是a.size()。
如果數(shù)組里面有重復(fù)元素,那它不能保證會返回哪一個。這個算法不支持重復(fù)元素,不過它也不報錯。所以,如果你需要的是一個無重復(fù)元素的有序序列的話,那么可以考慮使用本章后面所介紹的TreeSet(支持【排序順序“sorted order”】)和LinkedHashSet(支持【插入順序“sorted order”】)。這兩個類會幫你照看所有細(xì)節(jié)。只有在遇到性能瓶頸的時候,你才應(yīng)該用手動維護(hù)的數(shù)組來代替這兩個類。
如果排序的時候用到了Comparator(針對對象數(shù)組,primitive數(shù)組不允許使用Comparator),那么binarySearch()的時候,也必須使用同一個Comparator(用這個方法的重載版)。
數(shù)組部分的總結(jié)
總而言之,如果你要持有一組對象,首選,同時也是效率最高的選擇,應(yīng)該是數(shù)組。而且,如果這是一組primitive的話,你也只能用數(shù)組。還有一些更為一般的情況,也就是寫程序的時候還不知道要用多少對象,或者要用一種更復(fù)雜方式來存儲對象情況。為此,Java提供了“容器類(container class)”。其基本類型有List,Set和Map。
它們還有一些別的特性。比方說Set所持有的對象,個個都不同,Map則是一個“關(guān)聯(lián)性數(shù)組(associative array)”,它能在兩個對象之間建立聯(lián)系。此外,與數(shù)組不同,它們還能自動調(diào)整大小,所以你可以往里面放任意數(shù)量的對象。
容器簡介
Java2的重新設(shè)計了1.0和1.1里面那個表現(xiàn)差勁的容器類。新的設(shè)計更緊湊也更合理。同時它也補(bǔ)齊了容器類庫的功能,提供了鏈表(linked list),隊列(queue)和雙向隊列(deques,讀成“decks”)這幾種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的功能。
Java2的容器類要解決“怎樣持有對象”,而它把這個問題分成兩類:
1。Collection:通常是一組有一定規(guī)律的獨(dú)立元素。List必須按照特定的順序持有這些元素,而Set則不能保存重復(fù)的元素。(bag沒有這個限制,但是Java的容器類庫沒有實現(xiàn)它,因為List已經(jīng)提供這種功能了)
2。Map:一組以“鍵--值”(key-value)形式出現(xiàn)的pair。初看上去,它應(yīng)該是一個pair的Collection,但是真這么去做的話,它就會變得很滑稽,所以還是把這個概念獨(dú)立列出來為好。退一步說,真的要用到Map的某個自己的時候,創(chuàng)建一個Collection也是很方便的。 Map可以返回“鍵(key)的”Set,值的Collection,或者pair的Set。和數(shù)組一樣,Map不需要什么修改,就能很容易地擴(kuò)展成多維。你只要直接把Map的值設(shè)成Map就可以了(然后它的值再是Map,依此類推)。
Java的容器類分成兩種基本類型。它們的區(qū)別就在,每個位置能放多少對象。Collection只允許每個位置上放一個對象(這個名字有點(diǎn)誤導(dǎo),因為容器類庫也常被統(tǒng)稱為collections)。它包括“以一定順序持有一組對象”的List,以及“只能允許添加不重復(fù)的對象”的Set。 ArrayList是一種List,而HashSet則是一種Set。你可以用add()方法往Collection里面加對象。
Map保存的是“鍵(key)--值”形式的pair,很像是一個微型數(shù)據(jù)庫。
Map又被稱為關(guān)聯(lián)性數(shù)組(associative array)。你可以用put()方法往Map里面加元素。它接受鍵--值形式pair作參數(shù)。
fill()方法還為Collection和Map作了重載。輸出在默認(rèn)情況下使用容器類的toString()方法。打印出來的Collection會用方括號括起來,元素與元素之間用逗號分開。Map會用花括號括起來,鍵和值之間用等號聯(lián)起來(鍵在左邊,值在右邊)。
List會老老實實地持有你所輸入的所有對象,既不做排序也不做編輯。Set則每個對象只接受一次,而且還要用它自己的規(guī)則對元素進(jìn)行重新排序(一般情況下,你關(guān)心的只是Set包沒包括某個對象,而不是它到底排在哪里--如果是那樣,你最好還是用List)。而Map也不接收重復(fù)的pair,至于是不是重復(fù),要由key來決定。此外,它也有它自己的內(nèi)部排序規(guī)則,不會受輸入順序影響。如果插入順序是很重要的,那你就只能使用LinkedHashSet或 LinkedHashMap了。
填充容器
和Arrays一樣,Collection也有一個叫Collections的輔助類,它包含了一些靜態(tài)的實用工具方法,其中就有一個fill()。這個 fill()也只是把同一個對象的reference復(fù)制到整個容器,而且它還只能為List,不能為Set和Map工作。
容器的缺點(diǎn):不知道對象的類型
Java的容器有個缺點(diǎn),就是往容器里面放對象的時候,會把對象的類型信息給弄丟了。這是因為開發(fā)容器類的程序員不會知道你要用它來保存什么類型的對象,而讓容器僅只保存特定類型的對象又會影響它的通用性。所以容器被做成只有持有Object,也就是所有對象的根類的reference,這樣它就能持有任何類型的對象了。(當(dāng)然不包括primitive,因為它們不是對象,也沒有繼承別的對象。)這是一個很了不起的方案,只是:
1,由于在將對象放入容器的時候,它的類型信息被扔掉了,所以容器對“能往里面加什么類型的對象”沒有限制。比方說,即使你想讓它只持有cat,別人也能很輕易地把dog放進(jìn)去。
2,由于對象的類型信息沒了,容器只知道它持有的Object的reference,所以對象在使用之前還必須進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換。
好的一面是,Java不會讓你誤用放進(jìn)容器里的對象。假設(shè)你往cat的容器里面扔了個dog,然后要把這個容器里的所有對象都當(dāng)cat來用,當(dāng)你把dog 的reference從cat的容器里面拉出來,并且試圖將它轉(zhuǎn)換成cat的時候,就會引發(fā)一個RuntimeException。
ArrayList的用法也是很簡單:先創(chuàng)建一個,用add()把對象放進(jìn)去,要用的時候再給get()傳一個下標(biāo)--就跟用數(shù)組差不多,只是不需要用方括號了。ArrayList也有一個size()方法,它會告訴你容器里面有多少對象,這樣你就不會粗心大意地過了界然后引發(fā)異常了。
有時即使不正確它也能運(yùn)行
有時,即使不把對象轉(zhuǎn)換成原先的類型,它好像也能正常工作。有一種情況比較特殊:String能從編譯器哪里得到一些能使之平穩(wěn)工作的特殊幫助。只要編譯器沒能得到它所期望的String對象,它就會調(diào)用toString()。這個方法油Object定義,能被任何Java類覆寫。它所返回的String 對象,會被用到任何要用它的地方。
于是只要覆寫了類的toString()方法,你就能打印對象了。
做一個類型敏感的ArrayList
參數(shù)化類型(Parameterized types)
迭代器
無論是哪種容器,你都得有辦法既能放東西進(jìn)去,也能拿東西出來。畢竟,容器的主要任務(wù)就是存放對象。ArrayList的add()就是用來放東西的,而 get()則是把對象拿出來的辦法。ArrayList恨靈活;你可以隨時提取任何東西,并且換一個下標(biāo),馬上就能選擇另一個元素。
“迭代器(iterator 又是一個設(shè)計模式)”是一個對象,它的任務(wù)是,能在讓“客戶程序在不知道,或者不關(guān)心他所處理的是什么樣的底層序列結(jié)構(gòu)”的情況下,就能在一個對象序列中前后移動,并選取其中的對象。此外迭代器還是一種通常所說的“輕量級”的對象,既創(chuàng)建代價很小的對象。
Java的Iterator就屬于有這種限制的迭代器。它做不了很多事情,除了:
1,用iterator()方法叫容器傳給你一個Iterator對象。第一次調(diào)用Iterator的next()方法的時候,它就會傳給你序列中的第一個元素。
2,用next()方法獲取序列中的下一個對象。
3,用hasNext()方法查詢序列中是否還有其他對象。
4,用remove()方法刪除迭代器所返回的最后一個元素。
就這么多了。這只是迭代器的一個恨簡單的實現(xiàn),不過還是很強(qiáng)大(對List來說,還有一個更精巧的ListIterator)。
不經(jīng)意的遞歸(Unintended recursion)
由于Java的標(biāo)準(zhǔn)容器類(同其它類一樣)也是繼承Object的,因此它們也有一個toString()方法。這個方法已經(jīng)被覆寫了,所以它能生成一個表示它自己以及所有它所保存的對象的String。比如ArrayList的toString()方法就會遍歷ArrayList的每個元素,然后調(diào)用它們的toString()方法。假設(shè)你要打印類的地址。好像最直接的辦法就是使用this。但是會出現(xiàn)很多異常,解決的辦法就是去調(diào)用Object的 toString()方法,它就是干這活的。所以不要用this,應(yīng)該寫super.toString()。
容器分類學(xué)
根據(jù)編程的需要,Collection和Map分別有好幾個實現(xiàn)。實際上只有三種容器組件--Map,List和Set,而每種又有兩到三個實現(xiàn)。
與存放對象有關(guān)的接口包括Collection, List, Set和Map。在理想情況下,絕大多數(shù)代碼應(yīng)該只同這些接口打交道,只是在創(chuàng)建容器的時候才要精確地指明它的確切類型。
add(),就像它的名字告訴我們的,會把新的元素放進(jìn)Collection。但是文檔里面特別仔細(xì)地聲明,“add()會確保容器包含指定的元素”。這句話是說給Set的,因為它只添加原先沒有的元素,對ArrayList或其他List,add()總是“把它放進(jìn)去”,因為List并不關(guān)心它是不是保存了相同的元素。
Collection都能用iterator()方法產(chǎn)生一個Iterator。這里,我們用Iterator來遍歷整個Collection,然后把他們打印出來。
Collection的功能
下面這張表給出了Collection的所有功能,也就是你能用Set和List做什么事(不包括從Object自動繼承過來的方法)。(List還有一些額外的功能。)Map不是繼承Collection的,所以我們會區(qū)別對待。
boolean add(Object):確保容器能持有你傳給它的那個參數(shù)。如果沒有把它加進(jìn)去,就返回false。(這是個“可選”的方法,本章稍后會再作解釋。)
boolean addAll(Collection):加入?yún)?shù)Collection所含的所有元素。只要加了元素,就返回true。
void clear():清除容器所保存的所有元素。(“可選”)
boolean contains(Object):如果容器持有參數(shù)Object,就返回true。
boolean containsAll(Collection):如果容器持有參數(shù)Collection所含的全部元素,就返回true。
boolean isEmpty():如果容器里面沒有保存任何元素,就返回true。
Iterator iterator():返回一個可以在容器的各元素之間移動的Iterator。
boolean removeAll(Collection):刪除容器里面所有參數(shù)Collection所包含的元素。只要刪過東西,就返回true。(“可選”)
boolean retainAll(Collection):只保存參數(shù)Collection所包括的元素(集合論中“交集”的概念)。如果發(fā)生過變化,則返回true。(“可選”)
int size():返回容器所含元素的數(shù)量。
Object[] toArray():返回一個包含容器中所有元素的數(shù)組。
Object[] toArray(Object[] a):返回一個包含容器中所有元素的數(shù)組,且這個數(shù)組不是普通的Object數(shù)組,它的類型應(yīng)該同參數(shù)數(shù)組a的類型相同(要做類型轉(zhuǎn)換)。
注意,這里沒有能進(jìn)行隨機(jī)訪問的get()方法。這是因為Collection還包括Set。而Set有它自己的內(nèi)部順序(因此隨即訪問事毫無意義的)。所以如果你要檢查Collection的元素,你就必須使用迭代器。
接下來講List, Set和Map的各種實現(xiàn)了,每講一種容器,我都會(用星號)告訴你默認(rèn)情況下應(yīng)該選用哪種實現(xiàn)。
List的功能
List的基本用法事相當(dāng)將但的。雖然絕大多數(shù)時候,你只是用add()加對象,用get()取對象,用iterator()獲取這個序列的Iterator,但List還有一些別的很有用的方法。
實際上有兩種List:擅長對元素進(jìn)行隨機(jī)訪問的,較常用的ArrayList,和更強(qiáng)大的LinkedList。LinkedList不是為快速的隨機(jī)訪問而設(shè)計的,但是它卻有一組更加通用的方法。
Lisk(接口):List的最重要的特征就是有序;它會確保以一定的順序保存元素。List在Collection的基礎(chǔ)上添加了大量方法,使之能在序列中間插入和刪除元素。(只對LinkedList推薦使用。)List可以制造ListIterator對象,你除了能用它在List的中間插入和刪除元素之外,還能用它沿兩個方法遍歷List。
ArrayList*:一個用數(shù)組實現(xiàn)的List。能進(jìn)行快速的隨機(jī)訪問,但是往列表中間插入和刪除元素的時候比較慢。ListIterator只能用在反向遍歷ArrayList的場合,不要用它來插入和刪除元素,因為相比LinkedList,在ArrayList里面用ListIterator的系統(tǒng)開銷比較高。
LinkedList:對順序訪問進(jìn)行了優(yōu)化。在List中間插入和刪除元素的代價也不高。隨機(jī)訪問的速度相對較慢。(用ArrayList吧。)此外它還有addFirst(),addLast(),getFirst(),getLast(),removeFirst()和removeLast()等方法(這些方法,接口和基類均未定義),你能把它當(dāng)成棧(stack),隊列(queue)或雙向隊列(deque)來用。
記住,容器只是一個存儲對象的盒子。如果這個笑盒子能幫你解決所有的問題,那你就用不著取管它事怎么實現(xiàn)的(在絕大多數(shù)情況下,這是使用對象的基本概念)。如果開發(fā)環(huán)境里面還有一些別的,會造成固定的性能開銷的因素存在,那么ArrayList和LinkedList之間的性能差別就會變得不那么重要了。你只需要它們中的一個,你甚至可以想象有這樣一種“完美”的抽象容器;它能根據(jù)用途,自動地切換其底層的實現(xiàn)。
用LinkedList做一個棧
“棧(stack)”有時也被稱為“后進(jìn)先出”(LIFO)的容器。就是說,最后一個被“壓”進(jìn)棧中的東西,會第一個“彈”出來。同其他Java容器一樣,壓進(jìn)去和彈出來的東西都是Object,所以除非你只用Object的功能,否則就必須對彈起來的東西進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換。
LinkedList的方法能直接實現(xiàn)棧的功能,所以你完全可以不寫Stack而直接使用LinkedList。
如果你只想要棧的功能,那么繼承就不太合適了,因為繼承出來的是一個擁有LinkedList的所有方法的類。
用LinkedList做一個隊列
隊列(queue)是一個“先進(jìn)先出”(FIFO)容器。也就是,你把一端把東西放進(jìn)去,從另一端把東西取出來。所以你放東西的順序也就是取東西的順序。LinkedList有支持隊列的功能的方法,所以它也能被當(dāng)作Queue來用。
還能很輕易地用LinkedList做一個deque(雙向隊列)。它很像隊列,只是你可以從任意一端添加和刪除元素。
Set的功能
Set的接口就是Collection的,所以不像那兩個List,它沒有額外的功能。實際上Set確確實實就是一個Collection--只不過行為方式不同罷了。(這是繼承和多態(tài)性的完美運(yùn)用:表達(dá)不同地行為。)Set會拒絕持有多個具有相同值的對象的實例(對象的“值”又是由什么決定的呢?這個問題比較復(fù)雜,我們以后會講)。
Set(接口):加入Set的每個元素必須是唯一的;否則,Set是不會把它加進(jìn)去的。要想加進(jìn)Set,Object必須定義equals(),這樣才能標(biāo)明對象的唯一性。Set的接口和Collection的一摸一樣。Set的接口不保證它會用哪種順序來存儲元素。
HashSet*:為優(yōu)化查詢速度而設(shè)計的Set。要放進(jìn)HashSet里面的Object還得定義hashCode()。
TreeSet:是一個有序的Set,其底層是一顆樹。這樣你就能從Set里面提取一個有序序列了。
LinkedHashSet(JDK 1.4):一個在內(nèi)部使用鏈表的Set,既有HashSet的查詢速度,又能保存元素被加進(jìn)去的順序(插入順序)。用Iterator遍歷Set的時候,它是按插入順序進(jìn)行訪問的。
HashSet保存對象的順序是和TreeSet和LinkedHashSet不一樣的。這是因為它們是用不同的方法來存儲和查找元素的。(TreeSet用了一種叫紅黑樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)【red-black tree data structure】來為元素排序,而HashSet則用了“專為快速查找而設(shè)計”的散列函數(shù)。LinkedHashSet在內(nèi)部用散列來提高查詢速度,但是它看上去像是用鏈表來保存元素的插入順序的。)你寫自己的類的時候,一定要記住,Set要有一個判斷以什么順序來存儲元素的標(biāo)準(zhǔn),也就是說你必須實現(xiàn) Comparable接口,并且定義compareTo()方法。
SortedSet
SortedSet(只有TreeSet這一個實現(xiàn)可用)中的元素一定是有序的。這使得SortedSet接口多了一些方法:
Comparator comparator():返回Set鎖使用的Comparator對象,或者用null表示它使用Object自有的排序方法。
Object first():返回最小的元素。
Object last():返回最大的元素。
SortedSet subSet(fromElement, toElement):返回Set的子集,其中的元素從fromElement開始到toElement為止(包括fromElement,不包括toElement)。
SortedSet headSet(toElement):返回Set的子集,其中的元素都應(yīng)小于toElement。
SortedSet headSet(toElement):返回Set的子集,其中的元素都應(yīng)大于fromElement。
注意,SortedSet意思是“根據(jù)對象的比較順序”,而不是“插入順序”進(jìn)行排序。
Map的功能
ArrayList能讓你用數(shù)字在一愕嘎對象序列里面進(jìn)行選擇,所以從某種意義上講,它是將數(shù)字和對象關(guān)聯(lián)起來。但是,如果你想根據(jù)其他條件在一個對象序列里面進(jìn)行選擇的話,那又該怎么做呢?棧就是一個例子。它的標(biāo)準(zhǔn)是“選取最后一個被壓入棧的對象”。我們常用的術(shù)語map,dictionary,或 associative array就是一種非常強(qiáng)大的,能在序列里面進(jìn)行挑選的工具。從概念上講,它看上去像是一個ArrayList,但它不用數(shù)字,而是用另一個對象來查找對象!這是一種至關(guān)重要的編程技巧。
這一概念在Java中表現(xiàn)為Map。put(Object key, Object value)方法會往Map里面加一個值,并且把這個值同鍵(你查找時所用的對象)聯(lián)系起來。給出鍵之后,get(Object key)就會返回與之相關(guān)的值。你也可以用containsKey()和containsValue()測試Map是否包含有某個鍵或值。
Java標(biāo)準(zhǔn)類庫里有好幾種Map:HashMap,TreeMap,LinkedHashMap,WeakHashMap,以及 IdentityHashMap。它們都實現(xiàn)了Map的基本接口,但是在行為方式方面有著明顯的詫異。這些差異體現(xiàn)在,效率,持有和表示對象pair的順序,持有對象的時間長短,以及如何決定鍵的相等性。
性能時Map所要面對的一個大問題。如果你知道get()時怎么工作的,你就會發(fā)覺(比方說)在ArrayList里面找對象會是相當(dāng)慢的。而這正是 HashMap的強(qiáng)項。它不是慢慢地一個個地找這個鍵,而是用了一種被稱為hash code的特殊值來進(jìn)行查找的。散列(hash)時一種算法,它會從目標(biāo)對象當(dāng)中提取一些信息,然后生成一個表示這個對象的“相對獨(dú)特”的int。 hashCode()是Object根類的方法,因此所有Java對象都能生成hash code。HashMap則利用對象的hashCode()來進(jìn)行快速的查找。這樣性能就有了急劇的提高。
Map(接口):維持鍵--值的關(guān)系(既pairs),這樣就能用鍵來找值了。
HashMap*:基于hash表的實現(xiàn)。(用它來代替Hashtable。)提供時間恒定的插入與查詢。在構(gòu)造函數(shù)種可以設(shè)置hash表的capacity和load factor。可以通過構(gòu)造函數(shù)來調(diào)節(jié)其性能。
LinkedHashMap(JDK 1.4):很像HashMap,但是用Iterator進(jìn)行遍歷的時候,它會按插入順序或最先使用的順序(least-recently-used (LRU)order)進(jìn)行訪問。除了用Iterator外,其他情況下,只是比HashMap稍慢一點(diǎn)。用Iterator的情況下,由于是使用鏈表來保存內(nèi)部順序,因此速度會更快。
TreeMap:基于紅黑樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)。當(dāng)你查看鍵或pair時,會發(fā)現(xiàn)它們時按順序(根據(jù)Comparable或Comparator,我們過一會講)排列的。TreeMap的特點(diǎn)時,你鎖得到的時一個有序的Map。TreeMap是Map中唯一有subMap()方法的實現(xiàn)。這個方法能讓你獲取這個樹中的一部分。
WeakHashMap:一個weak key的Map,是為某些特殊問題而設(shè)計的。它能讓Map釋放其所持有的對象。如果某個對象除了在Map當(dāng)中充當(dāng)鍵之外,在其他地方都沒有其reference的話,那它將被當(dāng)作垃圾回收。
IdentityHashMap(JDK 1.4):一個用==,而不是equals()來比較鍵的hash map。不是為我們平常使用而設(shè)計的,是用來解決特殊問題的。
散列是往Map里存數(shù)據(jù)的常用算法。
SortedMap
SortedMap(只有TreeMap這一個實現(xiàn))的鍵肯定是有序的,因此這個接口里面就有一些附加功能的方法了。
Comparator comparator():返回Map所使用的comparator,如果是用Object內(nèi)置的方法的話,則返回null。
Object firstKey():返回第一個鍵。
Object lastKey():返回最后一個鍵。
SortedMap subMap(fromKey, toKey):返回這個Map的一個子集,其鍵從fromKey開始到toKey為止,包括前者,不包括后者。
SortedMap headMap(toKey):返回這個Map的一愕嘎子集,其鍵均小于toKey。
SortedMap tailMap(fromKey):返回這個Map的一個子集,其鍵均大于等于fromKey。
pair是按key的順序存儲的,由于TreeMap有順序的概念,因此“位置”是有意義的,所以你可以去獲取它的第一個和最后一個元素,以及它的子集。
LinkedHashMap
為了提高速度,LinkedHashMap對所有東西都做了hash,而且遍歷的時候(println()會遍歷整個Map,所以你能看到這個過程)還會按插入順序返回pair。此外,你還可以在LinkedHashMap的構(gòu)造函數(shù)里面進(jìn)行配置,讓它使用基于訪問的LRU(least-recently -used)算法,這樣還沒被訪問過的元素(同時也是要刪除的候選對象)就會出現(xiàn)在隊列的最前頭。這樣,為節(jié)省資源而寫一個定時清理的程序就變得很簡單了。
散列算法與Hash數(shù)
一個合適的equals()必須做到一下五點(diǎn):
1 反身性:對任何x, x.equals(x)必須是true的。
2 對稱性:對任何x和y,如果y.equals(x)是true的,那么
x.equals(y)也必須是true的。
3 傳遞性:對任何x,y和z,如果x.equals(y)是true的,且
y.equals(z)也是true的,那么x.equals(z)也必須是true的。
4 一致性:對任何x和y,如果對象里面用來判斷相等姓的信息沒有修
改過,那么無論調(diào)用多少次x.equals(y),它都必須一致地返回
true或false。
5 對于任何非空的x,x.equals(null)必須返回false。
默認(rèn)的Object.equals()只是簡單地比較兩個對象的地址。
如果你想把子集寫的類當(dāng)HashMap的鍵來用的話,你就必須把hashCode()和equals()都給覆寫了。
理解hashCode()
如果你不覆寫鍵的hashCode()和equals()的話,散列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(HashSet,HashMap,LinkedHashSet,或LinkedHashMap)就沒法正確地處理鍵。
散列的價值就在于速度:散列算法能很快地找出東西。
數(shù)組是最快的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
持有reference
java.lang.ref類庫里有一套能增進(jìn)垃圾回收器工作的靈活性的類。一旦碰到了“對象達(dá)到要耗光內(nèi)存”的時候,這些類就會閑的格外有用。有三個類是繼承抽象類Reference的:SoftReference,WeakReference和PhantomReference。如果待處理的對象只能通過這些Reference進(jìn)行訪問的話,那么這些Reference對象就會向垃圾回收器提供一些不同級別的暗事。
……
總結(jié)Java標(biāo)準(zhǔn)類庫的容器類:
1。數(shù)組把對象和數(shù)字形式的下標(biāo)聯(lián)系起來。它持有的是類型確定的對象,這樣提取對象的時候就不用再作類型傳遞了。它可以是多維的,也可以持有primitive。但是創(chuàng)建之后它的容量不能改了。
2。Collection持有單個元素,而Map持有相關(guān)聯(lián)的pair。
3。和數(shù)組一樣,List也把數(shù)字下標(biāo)同對象聯(lián)系起來,你可以把數(shù)組和List想成有序的容器。List會隨元素的增加自動調(diào)整容量。但是List只能持有Object reference,所以不能存放primitive,而且把Object提取出來之后,還要做類型傳遞。
4。如果要做很多隨機(jī)訪問,那么請用ArrayList,但是如果要再List的中間做很多插入和刪除的話,就應(yīng)該用LinkedList了。
5。LinkedList能提供隊列,雙向隊列和棧的功能。
6。Map提供的不是對象與數(shù)組的關(guān)聯(lián),而是對象和對象的關(guān)聯(lián)。
HashMap看重的是訪問速度,而TreeMap各國那看重鍵的順序,因而它不如HashMap那么快。而LinkedHashMap則保持對象插入的順序,但是也可以用LRU算法為它重新排序。
7。Set只接受不重復(fù)的對象。HashSet提供了最快的查詢速度。而TreeSet則保持元素有序。LinkedHashSet保持元素的插入順序。
8。沒必要再在新代碼里使用舊類庫留下來的Vector,Hashtable和Stack了。
容器類庫是你每天都會用到的工具,它能使程序更簡介,更強(qiáng)大并且更搞笑。
posted on 2006-06-09 00:16
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