Scala的集合体系

短命女 2022-09-03 10:15 170阅读 0赞

首先看一下整个集合体系结构，这个结构与Java的集合体系非常相似  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x0MzI2MDMwNDM0_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
集合的顶层接口是`Iterable`，Iterable接口下面还有一些子接口， `Set`、`Seq`、`Map`  
这几个子接口下面有具体的实现类

*  set下面有HashSet、LinkedHashSet、SortedSet等等
 *  seq下面有List、Buffer、Range等等
 *  Map下面有HashMap、SortedMap、LinkedHashMap等等
 *  其中Buffer下面还有两个常用的，ArrayBuffer、ListBuffer

这是集合中一些常见的实现类

在讲这个集合体系的时候，还会关联讲到`Array`和`Tuple`这两个数据结构

### 集合 ###

Scala中的集合是分成`可变`和`不可变`两类集合的

*  其中可变集合就是说，集合的元素可以动态修改
 *  而不可变集合就是说，集合的元素在初始化之后，就无法修改了

可变集合: 在`scala.collection.mutable` 这个包下面  
不可变集合: 在`scala.collection.immutable` 这个包下面

我们在创建集合的时候，如果不指定具体的包名，默认会使用不可变集合

#### Set ####

先来看一下Set，Set代表一个没有重复元素的集合  
这个集合的特性和Java中Set集合的特性基本一样  
Set集合分为可变的和不可变的集合，默认情况下使用的是不可变集合

Set可以直接使用，并且不需要使用new关键字，来看一下

scala> val s = Set(1,2,3)
    s: scala.collection.immutable.Set[Int] = Set(1, 2, 3)

> 注意:默认情况下直接创建的set集合是一个不可变集合，在这可以看到是在`immutable`包里面 的，不可变集合中的元素一经初始化，就不能改变了，所以初始化后再向里面添加元素就报错 了。

scala> val s = Set(1,2,3)
    s: scala.collection.immutable.Set[Int] = Set(1, 2, 3)
    
    scala> s += 4
    <console>:9: error: value += is not a member of scala.collection.immutable.Set
    			s += 4 
    			  ^

但是注意，我使用s + 4 这种操作是可以的

scala> val s = Set(1,2,3)
    s: scala.collection.immutable.Set[Int] = Set(1, 2, 3)
    
    scala> s + 4
    res33: scala.collection.immutable.Set[Int] = Set(1, 2, 3, 4)

s + 4 返回的是一个新的集合了，相当于在之前的集合的基础上，创建一个新的集合，新的集合包含之前集合的元素和我们新增的4这个元素

如果想要创建一个可变的set集合，可以使用mutable包下面的set集合，显式指定包名

scala> val s = scala.collection.mutable.Set(1,2,3)
    s: scala.collection.mutable.Set[Int] = Set(1, 2, 3)
    
    scala> s += 4
    res34: s.type = Set(1, 2, 3, 4)

Set常用子类有: HashSet、LinkedHashSet、SortedSet

*  HashSet:这个集合的特点是:集合中的元素不重复、无序
 *  LinkedHashSet:这个集合的特点是:集合中的元素不重复、有序，它会用一个链表维护插入顺序， 可以保证集合中元素是有序的
 *  SortedSet:这个集合的特点是:集合中的元素不重复、有序，它会自动根据元素来进行排序

演示一下:

*  先看HashSet  
    HashSet集合分为可变和不可变之分， immutable 包下面的是不可变的，后期无法新增元素  
    在这里可以使用new关键字，也可以不使用，因为HashSet既是class，又是object，但是包名需要指定， 否则无法识别

scala> val s = new scala.collection.mutable.HashSet[Int]()
    s: scala.collection.mutable.HashSet[Int] = Set()
    
    scala> s +=1
    res35: s.type = Set(1)
    
    scala> s +=2
    res36: s.type = Set(1, 2)
    
    scala> s +=5
    res38: s.type = Set(1, 5, 2)

如果在创建集合的时候就初始化了元素，则可以省略泛型的定义，集合会自动识别元素的类型

*  再来看一下LinkedHashSet  
    LinkedHashSet只有可变的，没有不可变的

scala> val s = new scala.collection.mutable.LinkedHashSet[Int]()
    s: scala.collection.mutable.LinkedHashSet[Int] = Set()
    
    scala> s +=1
    res42: s.type = Set(1)
    
    scala> s +=2
    res43: s.type = Set(1, 2)
    
    scala> s +=5
    res44: s.type = Set(1, 2, 5)

*  最后来看一下SortedSet  
    SortedSet分为可变集合和不可变集合

scala> val s = scala.collection.mutable.SortedSet[String]()
    s: scala.collection.mutable.SortedSet[String] = TreeSet()
    
    scala> s +=("c")
    res45: s.type = TreeSet(c)
    
    scala> s +=("a")
    res46: s.type = TreeSet(a, c)
    
    scala> s +=("b")
    res47: s.type = TreeSet(a, b, c)

从这可以看出来SortedSet集合中的元素是按照元素的字典顺序排序的

针对里面这些Set集合，如果想要迭代他们里面的元素，可以使用for循环直接迭代  
以SortedSet为例，其它的 Set、HashSet、LinkedHashSet 都是一样的

scala> for(i <- s ) println(i)
    a
    b
    c

#### List ####

接下来看一下List，List属于Seq接口的子接口  
List代表一个不可变的列表  
创建一个list

scala>  val l = List(1, 2, 3, 4)
    l: List[Int] = List(1, 2, 3, 4)

针对List有 `head` 、 `tail` 以及 `::` 这几个操作  
先演示一下 head、tail 操作

scala> l.head
    res49: Int = 1
    scala> l.tail
    res51: List[Int] = List(2, 3, 4)

*  head:表示获取List中的第一个元素
 *  tail:表示获取List中第一个元素之后的所有元素

那其实head和tail就可以获取list中的所有元素了

通过 `::` 操作符，可以将head和tail的结果合并成一个List

scala> l.head :: l.tail
    res52: List[Int] = List(1, 2, 3, 4)

针对List中的元素进行迭代和前面讲的Set集合的迭代是一样的

scala> val l = List(1, 2, 3, 4)
    l: List[Int] = List(1, 2, 3, 4)
    scala> for(i <- l) println(i)
    1
    2
    3
    4

在这里List是不可变的列表，在实际工作中使用的时候会很不方便，因为我们很多场景下都是需要向列表中动态添加元素，这个时候该怎么办呢?

Scala还提供的有一个ListBuffer

ListBuffer:可以支持动态增加或者移除元素

scala> val lb = scala.collection.mutable.ListBuffer[Int]()
    lb: scala.collection.mutable.ListBuffer[Int] = ListBuffer()
    
    scala> lb +=1
    res56: lb.type = ListBuffer(1)
    
    scala> lb +=2
    res57: lb.type = ListBuffer(1, 2)
    
    scala> lb +=5
    res58: lb.type = ListBuffer(1, 2, 5)
    
    scala> lb -=5
    res59: lb.type = ListBuffer(1, 2)

ListBuffer也可以直接使用for循环迭代

scala> for(i <- lb) println(i)
    1
    2

#### Map ####

Map是一种可迭代的键值对(key/value)结构

创建一个不可变的Map

scala> val ages = Map("jack"->30,"tom"->25,"jessic"->23)
    ages: scala.collection.immutable.Map[String,Int] = Map(jack -> 30, tom -> 25, jessic -> 23)
    
    scala> ages("jack")
    res100: Int = 30

创建一个可变的Map

scala> val ages = scala.collection.mutable.Map("jack"->30,"tom"->25,"jessic"->23)
    ages: scala.collection.mutable.Map[String,Int] = Map(jessic -> 23, jack -> 30, tom -> 25)
    
    scala> ages("jack")
    res101: Int = 30

还有一种创建Map的简易方式，这种方式创建的是不可变Map

scala> val ages = Map(("jack",30),("tom",25),("jessic"->23))
    ages: scala.collection.immutable.Map[String,Int] = Map(jack -> 30, tom -> 25, jessic -> 23)

*  查询操作  
    获取指定key对应的value，如果key不存在，会报错

scala> val ages = scala.collection.mutable.Map(("jack",30),("tom",25),("jessic"->23))
    ages: scala.collection.mutable.Map[String,Int] = Map(jessic -> 23, jack -> 30, tom -> 25)
    
    scala> val age = ages("jack")
    age: Int = 30
    
    scala> val age = ages("jack1")
    java.util.NoSuchElementException: key not found: jack1

所以在实际工作中这样直接获取不太好，如果遇到了不存在的key程序会报错，导致程序异常退出。 那是不是可以考虑在获取key的值之前，先判断key是否存在  
可以使用contains函数检查key是否存在、 使用if-else语句，如果指定的key不存在，则返回一个默认值

scala> val age = if (ages.contains("jack1")) ages("jack1") else 0
    age: Int = 0

这样是没问题的，就是写起来有点麻烦了，有没有方便一点的用法呢? map中还有一个`getOrElse`函数

scala> val age = ages.getOrElse("jack1", 0)
    age: Int = 0
    
    scala> val age = ages.getOrElse("jack", 0)
    age: Int = 30

> 建议后期从map中获取数据都使用这个 getOrElse 函数

*  修改  
    更新map中的元素

scala> ages("jack") = 31
    scala> ages
    res104: scala.collection.mutable.Map[String,Int] = Map(jessic -> 23, jack -> 31, tom -> 25)

增加多个元素

scala> ages += ("hehe" -> 35, "haha" -> 40)
    res105: ages.type = Map(hehe -> 35, jessic -> 23, jack -> 31, tom -> 25, haha -> 40)

移除元素

scala> ages -= "hehe"
    res106: ages.type = Map(jessic -> 23, jack -> 31, tom -> 25, haha -> 40)

*  遍历  
    遍历map的entrySet

scala> for ((key, value) <- ages) println(key + " " + value)
    jessic 23
    jack 31
    tom 25
    haha 40

遍历map的key

scala> for (key <- ages.keySet) println(key)
    jessic
    jack
    tom
    haha

遍历map的value

scala> for (value <- ages.values) println(value)
    23
    31
    25
    40

最后看一下Map的几个子类: `HashMap`、`SortedMap`和`LinkedHashMap`

*  HashMap:是一个按照key的hash值进行排列存储的map
 *  SortedMap:可以自动对Map中的key进行排序【有序的map】
 *  LinkedHashMap:可以记住插入的key-value的顺序

HashMap分为可变和不可变的，没有什么特殊之处  
在这主要演示一下SortedMap和LinkedHashMap  
SortedMap是不可变的

scala> val ages = scala.collection.immutable.SortedMap("b" -> 30, "a" -> 15, "c" -> 25)
    ages: scala.collection.immutable.SortedMap[String,Int] = Map(a -> 15, b -> 30, c -> 25)

LinkedHashMap是可变的

scala> val ages = new scala.collection.mutable.LinkedHashMap[String, Int]()
    ages: scala.collection.mutable.LinkedHashMap[String,Int] = Map()
    scala> ages("b")=30
    scala> ages("a")=15
    scala> ages("c")=25
    scala> ages
    res116: scala.collection.mutable.LinkedHashMap[String,Int] = Map(b -> 30, a -> 15, c -> 25)

#### Array ####

Scala中Array的含义与Java中的数组类似，长度不可变  
由于Scala和Java都是运行在JVM中，双方可以互相调用，因此Scala数组的底层实际上就是Java数组  
数组初始化后，长度就固定下来了，而且元素全部根据其类型进行初始化

scala> val a = new Array[Int](10)
    a: Array[Int] = Array(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0)
    
    scala> a(0)
    res65: Int = 0
    
    scala> a(0)=1
    
    scala> a(0)
    res67: Int = 1

也可以直接使用`Array()`创建数组，元素类型自动推断

scala> val a = Array("hello", "world")
    
    scala> a(0)
    res68: String = hello
    
    scala> val a1 = Array("hello", 30)
    a1: Array[Any] = Array(hello, 30)

如果想使用一个长度可变的数组，就需要使用到ArrayBuffer了

#### ArrayBuffer ####

Scala中ArrayBuffer与Java中的ArrayList类似，长度可变  
ArrayBuffer:添加元素、移除元素  
如果不想每次都使用全限定名，则可以预先导入ArrayBuffer类

scala> import scala.collection.mutable.ArrayBuffer
    import scala.collection.mutable.ArrayBuffer

*  初始化  
    使用ArrayBuffer()的方式可以创建一个空的ArrayBuffer

scala> val b = new ArrayBuffer[Int]()
    b: scala.collection.mutable.ArrayBuffer[Int] = ArrayBuffer()

*  添加元素  
    使用+=操作符，可以添加一个元素，或者多个元素  
    b += 1 或者 b += (2, 3, 4, 5)

scala> b += 1
    res69: b.type = ArrayBuffer(1)
    
    scala> b += (2, 3, 4, 5)
    res70: b.type = ArrayBuffer(1, 2, 3, 4, 5)

使用insert()函数可以在指定位置插入元素，但是这种操作效率很低，因为需要移动指定位置后的所有元素  
向3号角标的位置添加一个元素 30

scala> b.insert(3,30)
    scala> b
    res72: scala.collection.mutable.ArrayBuffer[Int] = ArrayBuffer(1, 2, 3, 30, 4, 5）

*  移除元素  
    使用 remove() 函数可以移除指定位置的元素

scala> b.remove(1)
    res73: Int = 2
    
    scala> b
    res74: scala.collection.mutable.ArrayBuffer[Int] = ArrayBuffer(1, 3, 30, 4, 5)

> 注意:Array与ArrayBuffer可以互相进行转换

b.toArray:ArrayBuffer转Array  
a.toBuffer:Array转ArrayBuffer

### 数组常见操作 ###

下面看一下针对数据的常见操作

*  遍历Array和ArrayBuffer的两种方式  
    由于Array和ArrayBuffer都是有角标的，所以在迭代数组中元素的时候除了可以使用前面迭代集合的 方式还可以使用角标迭代

scala> val b=ArrayBuffer(1, 2, 3, 4, 5)
    b: scala.collection.mutable.ArrayBuffer[Int] = ArrayBuffer(1, 2, 3, 4, 5)
    scala>  for(i <- b) println(i)
    1
    2
    3
    4 5
    scala> for(i <- 0 until b.length ) println(b(i))
    1
    2
    3
    4 
    5

*  求和、求最大值

scala> val a = Array(3, 2, 1, 4, 5)
    a: Array[Int] = Array(3, 2, 1, 4, 5)
    
    scala> val sum = a.sum
    sum: Int = 15
    
    scala> val max = a.max
    max: Int = 5

*  数组排序

scala> scala.util.Sorting.quickSort(a)
    a: Array[Int] = Array(1, 2, 3, 4, 5)
    
    scala> a
    res99: Array[Int] = Array(1, 2, 3, 4, 5)

#### Tuple ####

Tuple:称之为元组，它与Array类似，都是不可变的，但与数组不同的是元组可以包含不同类型的元素 Tuple中的元素角标从 1 开始

> 注意:目前 Scala 支持的元组最大长度为 22 ，对于更大长度可以使用集合或数组

scala> val t = (1, 3.14, "hehe")
    t: (Int, Double, String) = (1,3.14,hehe)
    
    scala> t._1
    res117: Int = 1
    
    scala> t._3
    res118: String = hehe

### 总结 ###

前面讲了很多集合体系中的数据结构，有的是可变的，有的是不可变的，有的是既是可变的又是不可变 的，听起来有点乱，在这里我们总结一下:

*  可变集合: LinkedHashSet、ListBuffer、ArrayBuffer、LinkedHashMap
 *  不可变集合: List、SortedMap
 *  可变+不可变集合: Set、HashSet、SortedSet、Map、HashMap

还有两个编外人员: Array、Tuple

*  Array:长度不可变，里面的元素可变
 *  Tuple:长度不可变，里面的元素也不可变

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