Java基础：Collection、泛型

梦里梦外; 2024-03-31 15:27 56阅读 0赞

## **第一章 `Collection`集合** ##

### **1.1 集合概述** ###

在前面使用过集合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，它们有啥区别呢？

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，可以存储基本数据类型值。集合存储的都是对象。而且对象的类型可以不一致。在开发中一般当对象多的时候，使用集合进行存储。

### **1.2 集合框架** ###

`JAVASE`提供了满足各种需求的`API`，在使用这些`API`前，先了解其继承与接口操作架构，才能了解何时采用哪个类，以及类之间如何彼此合作，从而达到灵活应用。

集合按照其存储结构可以分为两大类，分别是单列集合`java.util.Collection`和双列集合`java.util.Map`。

*  `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.List`和`java.util.Set`。其中， List 的特点是元素有序、元素可重复。`Set`的特点是元素无序，而且不可重复。`List`接口的主要实现类有`java.util.ArrayList`和`java.util.LinkedList`，`Set`接口的主要实现类有`java.util.HashSet`和`java.util.TreeSet`。

从上面的描述可以看出`JDK`中提供了丰富的集合类库，为了便于介绍，接下来通过一张图来描述整个集合类的继承体系。  
![在这里插入图片描述][f214683ff1694f04a30f5e50fb844f37.png_pic_center]

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(E e)`： 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。

方法演示：

package com.dcxuexi.java15;
    
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.Collection;
    
    /***
     * @Title Collection_Demo01
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/5 20:45
     * @Version 1.0.0
     */
    public class Collection_Demo01 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            // 创建集合对象
            // 使用多态形式
            Collection<String> coll = new ArrayList<String>();
            // 使用方法
            // 添加功能  boolean  add(String s)
            coll.add("小李广");
            coll.add("扫地僧");
            coll.add("石破天");
            System.out.println(coll);
            // boolean contains(E e) 判断o是否在集合中存在
            System.out.println("判断  扫地僧 是否在集合中"+coll.contains("扫地僧"));
            //boolean remove(E e) 删除在集合中的o元素
            System.out.println("删除石破天："+coll.remove("石破天"));
            System.out.println("操作之后集合中元素:"+coll);
            // size() 集合中有几个元素
            System.out.println("集合中有"+coll.size()+"个元素");
            // Object[] toArray()转换成一个Object数组
            Object[] objects = coll.toArray();
            // 遍历数组
            for (int i = 0; i < objects.length; i++) {
        
                System.out.println(objects[i]);
            }
            // void  clear() 清空集合
            coll.clear();
            System.out.println("集合中内容为："+coll);
            // boolean  isEmpty()  判断是否为空
            System.out.println(coll.isEmpty());
        }
    }

![在这里插入图片描述][047dc742a7084da79afcfa31aac0c29c.png_pic_center]

> 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` 。`Iterator`接口也是`Java`集合中的一员，但它与`Collection`、`Map`接口有所不同， `Collection`接口与`Map`接口主要用于存储元素，而`Iterator`主要用于迭代访问（即遍历）`Collection`中的元素，因此`Iterator`对象也被称为迭代器。

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，下面介绍一下获取迭代器的方法：

*  `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`。

接下来介绍如何使用Iterator迭代集合中元素：

package com.dcxuexi.java15;
    
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.Collection;
    import java.util.Iterator;
    
    /***
     * @Title Iterator_Demo
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/5 20:53
     * @Version 1.0.0
     */
    public class Iterator_Demo {
        
        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);
            }
        }
    }

> 在进行集合元素取出时，如果集合中已经没有元素了，还继续使用迭代器的`next`方法，将会发生`java.util.NoSuchElementException`没有集合元素的错误。

### **2.2 迭代器的实现原理** ###

当遍历集合时，首先通过调用集合的`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，迭代器的工作原理通过一个图例来演示`Iterator`对象迭代元素的过程：  
![在这里插入图片描述][7685fb99cb1441edbc51c7032cef28d2.png_pic_center]

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。

##### **练习1：遍历数组** #####

package com.dcxuexi.java15;
    
    /***
     * @Title ForEach_Demo01
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/5 20:58
     * @Version 1.0.0
     */
    public class ForEach_Demo01 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            int[] arr = {
        3,5,6,87};
            //使用增强for遍历数组
            for (int i :
                    arr) {
         //i代表数组中的每个元素
                System.out.println(i);
            }
        }
    }

![在这里插入图片描述][66da09e409484334a3d6a1c30d3ac9b4.png_pic_center]

##### **练习2：遍历集合** #####

package com.dcxuexi.java15;
    
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.Collection;
    
    /***
     * @Title ForEach_Demo02
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/5 21:01
     * @Version 1.0.0
     */
    public class ForEach_Demo02 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Collection<String> coll = new ArrayList<String>();
            coll.add("小河神");
            coll.add("老河神");
            coll.add("神婆");
            //使用增强for遍历
            for(String s
                    :coll){
         //接收变量s代表 代表被遍历到的集合元素
                System.out.println(s);
            }
        }
    }

![在这里插入图片描述][fd9eaf91763c473bb7a8890b9c665422.png_pic_center]

> 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`仅仅作为遍历操作出现。

## **第三章 泛型** ##

### **3.1 泛型概述** ###

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：

package com.dcxuexi.java15;
    
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.Collection;
    import java.util.Iterator;
    
    /***
     * @Title Generic_Demo
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/5 21:04
     * @Version 1.0.0
     */
    public class Generic_Demo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Collection coll = new ArrayList();
            coll.add("hello");
            coll.add("dcxuexi");
            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());
            }
        }
    }

![在这里插入图片描述][4e34541b6bf640b39175df849d04ed50.png_pic_center]

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。

> 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** ###

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：

package com.dcxuexi.java15;
    
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.Collection;
    import java.util.Iterator;
    
    /***
     * @Title Generic_Demo02
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/5 21:08
     * @Version 1.0.0
     */
    public class Generic_Demo02 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Collection<String> list = new ArrayList<String>();
            list.add("hello");
            list.add("dcxuexi.com");
            // 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());
            }
        }
    }

![在这里插入图片描述][8d1ae6c957924422a6c0a938461c78e6.png_pic_center]

> 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** ###

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：

public 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：

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

再例如， `ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();`

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：

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

举例自定义泛型类

package com.dcxuexi.java15;
    
    /***
     * @Title MyGenericClass
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/5 21:12
     * @Version 1.0.0
     */
    public class MyGenericClass<MVP> {
        
        //没有MVP类型，在这里代表 未知的一种数据类型 未来传递什么就是什么类型
        private MVP mvp;
    
        public void setMVP(MVP mvp) {
        
            this.mvp = mvp;
        }
    
        public MVP getMVP() {
        
            return mvp;
        }
    }

使用：

package com.dcxuexi.java15;
    
    /***
     * @Title GenericClassDemo
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/5 21:13
     * @Version 1.0.0
     */
    public class GenericClassDemo {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            // 创建一个泛型为String的类
            MyGenericClass<String> my = new MyGenericClass<String>();
            // 调用setMVP
            my.setMVP("大胡子登登");
            // 调用getMVP
            String mvp = my.getMVP();
            System.out.println(mvp);
            //创建一个泛型为Integer的类
            MyGenericClass<Integer> my2 = new MyGenericClass<Integer>();
            my2.setMVP(123);
            Integer mvp2 = my2.getMVP();
        }
    }

![在这里插入图片描述][73a13b99ff7744b0b3e27ffe96db583a.png_pic_center]

#### **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：

package com.dcxuexi.java15;
    
    /***
     * @Title MyGenericMethod
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/5 21:31
     * @Version 1.0.0
     */
    public class MyGenericMethod {
        
        public <MVP> void show(MVP mvp) {
        
            System.out.println(mvp.getClass());
        }
    
        public <MVP> MVP show2(MVP mvp) {
        
            return mvp;
        }
    }

使用格式：**调用方法时，确定泛型的类型**

package com.dcxuexi.java15;
    
    /***
     * @Title GenericMethodDemo
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/5 21:33
     * @Version 1.0.0
     */
    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);
        }
    }

![在这里插入图片描述][57f26d6006904d649f8f6d6b914605c5.png_pic_center]

#### **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：

package com.dcxuexi.java15;
    
    /***
     * @Title MyGenericInterface
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/5 21:36
     * @Version 1.0.0
     */
    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：

package com.dcxuexi.java15;
    
    /***
     * @Title MyGenericInterfaceImpl
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/5 21:36
     * @Version 1.0.0
     */
    public class MyGenericInterfaceImpl implements MyGenericInterface<String> {
        
        @Override
        public void add(String s) {
        
            // TOTD
            System.out.println(s);
        }
    
        @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：

package com.dcxuexi.java15;
    
    /***
     * @Title MyGenericInterfaceImpl02
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/5 21:38
     * @Version 1.0.0
     */
    public class MyGenericInterfaceImpl02<E> implements MyGenericInterface<E>  {
        
        @Override
        public void add(E e) {
        
            // TOTD
            System.out.println(e);
        }
    
        @Override
        public E getE() {
        
            return null;
        }
    }

确定泛型：

package com.dcxuexi.java15;
    
    /***
     * @Title GenericInterface
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/5 21:40
     * @Version 1.0.0
     */
    public class GenericInterface {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            MyGenericInterfaceImpl02<String>  my = new MyGenericInterfaceImpl02<String>();
            my.add("aa");
        }
    }

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### **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：

package com.dcxuexi.java15;
    
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.Collection;
    
    /***
     * @Title Generic_Demo03
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/5 21:44
     * @Version 1.0.0
     */
    public class Generic_Demo03 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Collection<Integer> list1 = new ArrayList<Integer>();
            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
    }

> 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**。

**泛型的上限：**

*  **格式**： 类型名称`<? extends 类 >`对象名称
 *  **意义**： 只能接收该类型及其子类

**泛型的下限：**

*  **格式**： 类型名称`<? super 类 >`对象名称
 *  **意义**： 只能接收该类型及其父类型

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

package com.dcxuexi.java15;
    
    import java.util.ArrayList;
    import java.util.Collection;
    
    /***
     * @Title Generic_Demo04
     * @Description TOTD
     * @Auter DongChuang
     * @Date 2022/12/5 21:48
     * @Version 1.0.0
     */
    public class Generic_Demo04 {
        
        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>();
    
            getElement1(list1);
            getElement1(list2);//报错
            getElement1(list3);
            getElement1(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){
        }
    }

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