Java上机实验报告(3)
一、任务简要描述
1、集合类的使用举例
Collection接口
Collection是最基本的集合接口,一个Collection代表一组Object,即Collection的元素(Elements)。一些 Collection允许相同的元素而另一些不行。一些能排序而另一些不行。Java SDK不提供直接继承自Collection的类,Java SDK提供的类都是继承自Collection的“子接口”如List和Set。
所有实现Collection接口的类都必须提供两个标准的构造函数:无参数的构造函数用于创建一个空的Collection,有一个 Collection参数的构造函数用于创建一个新的Collection,这个新的Collection与传入的Collection有相同的元素。后 一个构造函数允许用户复制一个Collection。
如何遍历Collection中的每一个元素?不论Collection的实际类型如何,它都支持一个iterator()的方法,该方法返回一个迭代子,使用该迭代子即可逐一访问Collection中每一个元素。典型的用法如下:
1 Iterator it = collection.iterator(); // 获得一个迭代子 2 while(it.hasNext()) { 3 Object obj = it.next(); // 得到下一个元素
由Collection接口派生的两个接口是List和Set。
List接口
List是有序的Collection,使用此接口能够精确的控制每个元素插入的位置。用户能够使用索引(元素在List中的位置,类似于数组下标)来访问List中的元素,这类似于Java的数组。
和下面要提到的Set不同,List允许有相同的元素。
除了具有Collection接口必备的iterator()方法外,List还提供一个listIterator()方法,返回一个 ListIterator接口,和标准的Iterator接口相比,ListIterator多了一些add()之类的方法,允许添加,删除,设定元素, 还能向前或向后遍历。
实现List接口的常用类有LinkedList,ArrayList,Vector和Stack。
LinkedList类
LinkedList实现了List接口,允许null元素。此外LinkedList提供额外的get,remove,insert方法在 LinkedList的首部或尾部。这些操作使LinkedList可被用作堆栈(stack),队列(queue)或双向队列(deque)。
注意LinkedList没有同步方法。如果多个线程同时访问一个List,则必须自己实现访问同步。一种解决方法是在创建List时构造一个同步的List:
1 List list = Collections.synchronizedList(new LinkedList(...));
ArrayList类
ArrayList实现了可变大小的数组。它允许所有元素,包括null。ArrayList没有同步。
size,isEmpty,get,set方法运行时间为常数。但是add方法开销为分摊的常数,添加n个元素需要O(n)的时间。其他的方法运行时间为线性。
每个ArrayList实例都有一个容量(Capacity),即用于存储元素的数组的大小。这个容量可随着不断添加新元素而自动增加,但是增长算法 并没有定义。当需要插入大量元素时,在插入前可以调用ensureCapacity方法来增加ArrayList的容量以提高插入效率。
和LinkedList一样,ArrayList也是非同步的(unsynchronized)。
Vector类
Vector非常类似ArrayList,但是Vector是同步的。由Vector创建的Iterator,虽然和 ArrayList创建的Iterator是同一接口,但是,因为Vector是同步的,当一个Iterator被创建而且正在被使用,另一个线程改变了 Vector的状态(例如,添加或删除了一些元素),这时调用Iterator的方法时将抛出 ConcurrentModificationException,因此必须捕获该异常。
Stack 类
Stack继承自Vector,实现一个后进先出的堆栈。Stack提供5个额外的方法使得Vector得以被当作堆栈使用。基本的push和pop 方法,还有peek方法得到栈顶的元素,empty方法测试堆栈是否为空,search方法检测一个元素在堆栈中的位置。Stack刚创建后是空栈。
Set接口
Set是一种不包含重复的元素的Collection,即任意的两个元素e1和e2都有e1.equals(e2)=false,Set最多有一个null元素。
很明显,Set的构造函数有一个约束条件,传入的Collection参数不能包含重复的元素。
请注意:必须小心操作可变对象(Mutable Object)。如果一个Set中的可变元素改变了自身状态导致Object.equals(Object)=true将导致一些问题。
Map接口
请注意,Map没有继承Collection接口,Map提供key到value的映射。一个Map中不能包含相同的key,每个key只能映射一个 value。Map接口提供3种集合的视图,Map的内容可以被当作一组key集合,一组value集合,或者一组key-value映射。
Hashtable类
Hashtable继承Map接口,实现一个key-value映射的哈希表。任何非空(non-null)的对象都可作为key或者value。
添加数据使用put(key, value),取出数据使用get(key),这两个基本操作的时间开销为常数。
Hashtable通过initial capacity和load factor两个参数调整性能。通常缺省的load factor 0.75较好地实现了时间和空间的均衡。增大load factor可以节省空间但相应的查找时间将增大,这会影响像get和put这样的操作。
使用Hashtable的简单示例如下,将1,2,3放到Hashtable中,他们的key分别是”one”,”two”,”three”:
1 Hashtable numbers = new Hashtable(); 2 numbers.put(“one”, new Integer(1)); 3 numbers.put(“two”, new Integer(2)); 4 numbers.put(“three”, new Integer(3));
要取出一个数,比如2,用相应的key:
1 Integer n = (Integer)numbers.get(“two”); 2 System.out.println(“two = ” + n);
由于作为key的对象将通过计算其散列函数来确定与之对应的value的位置,因此任何作为key的对象都必须实现hashCode和equals方 法。hashCode和equals方法继承自根类Object,如果你用自定义的类当作key的话,要相当小心,按照散列函数的定义,如果两个对象相 同,即obj1.equals(obj2)=true,则它们的hashCode必须相同,但如果两个对象不同,则它们的hashCode不一定不同,如 果两个不同对象的hashCode相同,这种现象称为冲突,冲突会导致操作哈希表的时间开销增大,所以尽量定义好的hashCode()方法,能加快哈希 表的操作。
如果相同的对象有不同的hashCode,对哈希表的操作会出现意想不到的结果(期待的get方法返回null),要避免这种问题,只需要牢记一条:要同时复写equals方法和hashCode方法,而不要只写其中一个。
Hashtable是同步的。
HashMap类
HashMap和Hashtable类似,不同之处在于HashMap是非同步的,并且允许null,即null value和null key。,但是将HashMap视为Collection时(values()方法可返回Collection),其迭代子操作时间开销和HashMap 的容量成比例。因此,如果迭代操作的性能相当重要的话,不要将HashMap的初始化容量设得过高,或者load factor过低。
WeakHashMap类
WeakHashMap是一种改进的HashMap,它对key实行“弱引用”,如果一个key不再被外部所引用,那么该key可以被GC回收。
二、问题及解决
Example_1
1 class Cat{ 2 private int age; 3 public Cat(int age) 4 { 5 this.age = age; 6 } 7 public int getAge() 8 { 9 return this.age; 10 } 11 } 12 public class arraylist { 13 public static void main(String[] args) 14 { 15 List <Cat>cats = new ArrayList<Cat>(); 16 for(int i=0; i<10; i++) 17 { 18 cats.add(new Cat(i)); 19 } 20 Cat cat = null; 21 Iterator ite = cats.iterator(); 22 System.out.println("使用迭代器Iterator遍历ArrayList集合元素:"); 23 while(ite.hasNext()) 24 { 25 cat = (Cat)ite.next(); 26 System.out.println(cat.getAge() + " "); 27 } 28 //限定迭代器中元素的类型 29 Iterator <Cat>ite1 = cats.iterator(); 30 System.out.println("\n使用迭代器Iterator元素类型的方式遍历ArrayList集合元素:"); 31 while(ite1.hasNext()) 32 { 33 cat = ite1.next(); 34 System.out.println(cat.getAge() + " "); 35 } 36 } 37 }
输出结果:
Example_2
1 package collection_3; 2 3 import java.util.*; 4 5 //使用LinkedList模拟栈 6 public class linklist1 { 7 private LinkedList list = new LinkedList(); 8 public void push(Object v) 9 { 10 list.addFirst(v); 11 } 12 public Object top() 13 { 14 return list.getFirst(); 15 } 16 public Object pop() 17 { 18 return list.removeFirst(); 19 } 20 21 public static void main(String[] args) 22 { 23 linklist1 stack = new linklist1(); 24 for(int i=0; i<10; i++) 25 { 26 stack.push(new Integer(i)); 27 } 28 System.out.println(stack.top()); 29 System.out.println(stack.pop()); 30 System.out.println(stack.pop()); 31 System.out.println(stack.top()); 32 } 33 }
输出结果:
Example_3
1 package collection_3; 2 3 import java.util.*; 4 5 //使用LinkedList模拟队列 6 public class linklist2 { 7 private LinkedList list = new LinkedList(); 8 public void put(Object v) 9 { 10 list.addFirst(v); 11 } 12 public Object get() 13 { 14 return list.removeLast(); 15 } 16 public boolean isEmpty() 17 { 18 return list.isEmpty(); 19 } 20 21 public static void main(String[] args) 22 { 23 linklist2 queue = new linklist2(); 24 for(int i=0; i<10; i++) 25 { 26 queue.put(new Integer(i)); 27 } 28 System.out.println("使用LinkedList模拟队列,队列中的元素如下:"); 29 while(!queue.isEmpty()) 30 { 31 System.out.println(queue.get() + " "); 32 } 33 } 34 }
输出结果:
Example_5
1 package vector; 2 3 public class Cat { 4 private String name; 5 private int age; 6 7 public Cat(String name, int age) 8 { 9 this.name = name; 10 this.age = age; 11 } 12 13 public String getName() 14 { 15 return this.name; 16 } 17 public int getAge() 18 { 19 return this.age; 20 } 21 public String toString() 22 { 23 return getName() + "," + getAge(); 24 } 25 } 26 27 public class vector { 28 public static void main(String args[]) 29 { 30 Vector <Cat>cats = new Vector<Cat>(); 31 cats.add(new Cat("Jetty", 1)); 32 cats.add(new Cat("Carr", 3)); 33 for(int i=cats.size()-1; i>=0; i--) 34 { 35 System.out.println(cats.get(i)); 36 } 37 } 38 }
输出结果:
Example_6
1 package map; 2 3 class Cat { 4 private String name; 5 private int age; 6 7 public Cat(String name, int age) 8 { 9 this.name = name; 10 this.age = age; 11 } 12 13 public String getName() 14 { 15 return this.name; 16 } 17 public int getAge() 18 { 19 return this.age; 20 } 21 public String toString() 22 { 23 return getName() + "," + getAge(); 24 } 25 } 26 package map; 27 28 import java.util.*; 29 30 public class example_6 { 31 public static void main(String[] args) 32 { 33 Map <String, Cat>cats = new HashMap <String, Cat>(); 34 cats.put("Jetty", new Cat("Jetty", 1)); 35 cats.put("Carr", new Cat("Carr", 3)); 36 Cat cat = cats.get("Carr"); 37 System.out.println(cat); 38 39 Set <String>keys = cats.keySet(); 40 Iterator <String>ite = keys.iterator(); 41 while(ite.hasNext()) 42 { 43 System.out.println(cats.get(ite.next())); 44 } 45 } 46 }
输出结果:
总结:如果涉及到堆栈,队列等操作,应该考虑用List,对于需要快速插入,删除元素,应该使用LinkedList,如果需要快速随机访问元素,应该使用ArrayList。
如果程序在单线程环境中,或者访问仅仅在一个线程中进行,考虑非同步的类,其效率较高,如果多个线程可能同时操作一个类,应该使用同步的类。
要特别注意对哈希表的操作,作为key的对象要正确复写equals和hashCode方法。
尽量返回接口而非实际的类型,如返回List而非ArrayList,这样如果以后需要将ArrayList换成LinkedList时,客户端代码不用改变。这就是针对抽象编程。