day02【Collection、泛型】-笔记

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2023-07-13 04:08 4阅读 0赞

# day02【Collection、泛型】 #

## 主要内容 ##

*  Collection集合
 *  迭代器
 *  增强for
 *  泛型

## 教学目标 ##

*  能够说出集合与数组的区别
 *  说出Collection集合的常用功能
 *  能够使用迭代器对集合进行取元素
 *  能够说出集合的使用细节
 *  能够使用集合存储自定义类型
 *  能够使用foreach循环遍历集合
 *  能够使用泛型定义集合对象
 *  能够理解泛型上下限
 *  能够阐述泛型通配符的作用

# 第一章 Collection集合 #

## 1.1 集合概述 ##

在前面基础班我们已经学习过并使用过集合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`，今天我们主要学习`Collection`集合，在day04时讲解`Map`集合。

*  **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，为了便于初学者进行系统地学习，接下来通过一张图来描述整个集合类的继承体系。

\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-m0jpzPVe-1583824210052)(img\\Collection集合体系图.png)\]

其中，橙色框里填写的都是接口类型，而蓝色框里填写的都是具体的实现类。这几天将针对图中所列举的集合类进行逐一地讲解。

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：

import java.util.ArrayList;
    import java.util.Collection;
    
    public class Demo1Collection { 
        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());  	
    	}
    }

> tips: 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。

接下来我们通过案例学习如何使用Iterator迭代集合中元素：

public class IteratorDemo { 
      	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);
            }
      	}
    }

> tips:：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 ##

我们在之前案例已经完成了Iterator遍历集合的整个过程。当遍历集合时，首先通过调用t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，为了让初学者能更好地理解迭代器的工作原理，接下来通过一个图例来演示Iterator对象迭代元素的过程：

\[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-mBzg2LFJ-1583824210053)(img\\迭代器原理图.bmp)\]

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 ####

public class NBForDemo1 { 
        public static void main(String[] args) { 
    		int[] arr = { 3,5,6,87};
           	//使用增强for遍历数组
    		for(int a : arr){ //a代表数组中的每个元素
    			System.out.println(a);
    		}
    	}
    }

#### 练习2:遍历集合 ####

public class NBFor { 
        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);
        	}
    	}
    }

> tips: 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 ##

在前面学习集合时，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：

public class GenericDemo { 
    	public static void main(String[] args) { 
    		Collection coll = new ArrayList();
    		coll.add("abc");
    		coll.add("itcast");
    		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());
    		}
    	}
    }

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。

> tips: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 ##

上一节只是讲解了泛型的引入，那么泛型带来了哪些好处呢？

*  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：

public class GenericDemo2 { 
    	public static void main(String[] args) { 
            Collection<String> list = new ArrayList<String>();
            list.add("abc");
            list.add("itcast");
            // 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());
            }
    	}
    }

> tips: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 ##

我们在集合中会大量使用到泛型，这里来完整地学习泛型知识。

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：

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：

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：

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

举例自定义泛型类

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:

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();
        }
    }

### 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，

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**

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);
        }
    }

### 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，

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

public class MyImp1 implements MyGenericInterface<String> { 
    	@Override
        public void add(String e) { 
            // 省略...
        }
    
    	@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

public class MyImp2<E> implements MyGenericInterface<E> { 
    	@Override
    	public void add(E e) { 
           	 // 省略...
    	}
    
    	@Override
    	public E getE() { 
    		return null;
    	}
    }

确定泛型：

/* * 使用 */
    public class GenericInterface { 
        public static void main(String[] args) { 
            MyImp2<String>  my = new MyImp2<String>();  
            my.add("aa");
        }
    }

## 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：

public static void main(String[] args) { 
        Collection<Intger> 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

> tips: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

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>();
        
        getElement(list1);
        getElement(list2);//报错
        getElement(list3);
        getElement(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){ }

# 第四章 集合综合案例 #

## 4.1 案例介绍 ##

按照斗地主的规则，完成洗牌发牌的动作。  
具体规则：

使用54张牌打乱顺序,三个玩家参与游戏，三人交替摸牌，每人17张牌，最后三张留作底牌。

## 4.2 案例分析 ##

*  准备牌：
    
    牌可以设计为一个ArrayList,每个字符串为一张牌。  
    每张牌由花色数字两部分组成，我们可以使用花色集合与数字集合嵌套迭代完成每张牌的组装。  
    牌由Collections类的shuffle方法进行随机排序。
 *  发牌
    
    将每个人以及底牌设计为ArrayList,将最后3张牌直接存放于底牌，剩余牌通过对3取模依次发牌。
 *  看牌
    
    直接打印每个集合。

## 4.3 代码实现 ##

import java.util.ArrayList;
    import java.util.Collections;
    
    public class Poker { 
        public static void main(String[] args) { 
            /* * 1: 准备牌操作 */
            //1.1 创建牌盒 将来存储牌面的 
            ArrayList<String> pokerBox = new ArrayList<String>();
            //1.2 创建花色集合
            ArrayList<String> colors = new ArrayList<String>();
    
            //1.3 创建数字集合
            ArrayList<String> numbers = new ArrayList<String>();
    
            //1.4 分别给花色 以及 数字集合添加元素
            colors.add("♥");
            colors.add("♦");
            colors.add("♠");
            colors.add("♣");
    
            for(int i = 2;i<=10;i++){ 
                numbers.add(i+"");
            }
            numbers.add("J");
            numbers.add("Q");
            numbers.add("K");
            numbers.add("A");
            //1.5 创造牌 拼接牌操作
            // 拿出每一个花色 然后跟每一个数字 进行结合 存储到牌盒中
            for (String color : colors) { 
                //color每一个花色 
                //遍历数字集合
                for(String number : numbers){ 
                    //结合
                    String card = color+number;
                    //存储到牌盒中
                    pokerBox.add(card);
                }
            }
            //1.6大王小王
            pokerBox.add("小☺");
            pokerBox.add("大☠");	  
            // System.out.println(pokerBox);
            //洗牌 是不是就是将 牌盒中 牌的索引打乱 
            // Collections类 工具类 都是 静态方法
            // shuffer方法 
            /* * static void shuffle(List<?> list) * 使用默认随机源对指定列表进行置换。 */
            //2:洗牌
            Collections.shuffle(pokerBox);
            //3 发牌
            //3.1 创建 三个 玩家集合 创建一个底牌集合
            ArrayList<String> player1 = new ArrayList<String>();
            ArrayList<String> player2 = new ArrayList<String>();
            ArrayList<String> player3 = new ArrayList<String>();
            ArrayList<String> dipai = new ArrayList<String>();	  
    
            //遍历 牌盒 必须知道索引 
            for(int i = 0;i<pokerBox.size();i++){ 
                //获取 牌面
                String card = pokerBox.get(i);
                //留出三张底牌 存到 底牌集合中
                if(i>=51){ //存到底牌集合中
                    dipai.add(card);
                } else { 
                    //玩家1 %3 ==0
                    if(i%3==0){ 
                      	player1.add(card);
                    }else if(i%3==1){ //玩家2
                      	player2.add(card);
                    }else{ //玩家3
                      	player3.add(card);
                    }
                }
            }
            //看看
            System.out.println("令狐冲："+player1);
            System.out.println("田伯光："+player2);
            System.out.println("绿竹翁："+player3);
            System.out.println("底牌："+dipai);  
    	}
    }