集合类框架

本节实验我们将学习 Java 集合类框架的相关知识。

知识点

• 集合类框架的概念
• ArrayList
• HashMap

关于集合类框架的基本概念

在平常的 Java 编程中，我们会高频率地使用到集合框架。因此，该节实验我们将介绍集合框架的概念与用法。

什么是集合类框架

在 Java 语言中，Java 语言的设计者对常用的数据结构和算法做了一些规范（接口）和实现（具体实现接口的类）。所有抽象出来的数据结构和操作（算法）统称为 Java 集合框架（Java Collection Framework）。 这意味着我们在具体应用时不必考虑数据结构和算法实现细节，只需要用这些类创建出来一些对象并加以应用就可以了，从而提高了编程效率。你可以了解更多关于 Java 集合框架的知识。

Java.util 中的集合类包含 Java 中某些最常用的类。最常用的接口是 List 和 Map。List 的具体实现包括 ArrayList 和 Vector，它们是可变大小的列表，适合构建、存储和操作任何类型对象元素列表。List 适用于按数值索引访问元素。

认识 ArrayList

ArrayList 就是动态数组，支持自动改变大小，可以灵活的插入和删除元素。你可以进一步了解 ArrayList。

ArrayList 定义了一些用于插入和删除元素的方法，了解一下：

我们通过下面一个遍历 ArrayList 的实例来体会其用法，首先请在 Eclipse 中新建项目ArrayListExp，创建一个包com.shiyanlou.course和类ArrayListTraversal。

主要的代码如下，在注释里你可以看到对于各行代码的解说：

package com.shiyanlou.course;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListTraversal {

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
        // 创建列表list

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            list.add(i);
            // 使用add()方法，通过for循环向list中增加10个元素，每个元素即当前循环的次数值
        }

        System.out.println("Items in the list：");
        System.out.println(list);
        // 输出列表中全部的元素

        System.out.println("Items in the list with odd index:");
        for (int i = 1; i < list.size(); i += 2) {
            // 输出列表中序号为奇数的元素，注意 i += 2 的用法

            System.out.print(list.get(i)+"  ");
            //使用get()方法从list中取出元素
        }
    }
}

编写完成后，点击编译并运行，我们可以在控制台看到下面的输出结果：

认识 HashMap

Java 自带了各种 Map 类，这些 Map 类可归为三种类型：

• 通用 Map（HashMap、Hashtable、Properties、LinkedHashMap、IdentityHashMap等）
• 专用 Map（java.util.jar.Attributes、javax.print.attribute.standard.PrinterStateReasons等）
• 一个用于帮助实现您自己的 Map 类的抽象类

其中，通用 Map 用于在应用程序中管理映射，通常在 java.util 程序包中实现，可以直接使用。

Map 定义了几个用于插入和删除元素的方法，通过这些方法可以更改 Map 中的内容。

HashMap是基于哈希表的 Map 接口的实现。此实现提供所有可选的映射操作，并允许使用 null 值和 null 键。这里的键值对（key - value），你可以进一步了解 HashMap。

下面我们使用 HashMap 及其中的一些方法来做一个简单的电话簿，让用户通过输入待查询的姓名来获取其对应的电话号码。

首先请在 Eclipse 中新建一个项目PhoneBook，创建包com.shiyanlou.course和类PhoneBookByMap。主要的代码如下：

package com.shiyanlou.course;

import java.util.HashMap;
import java.util.Scanner;

public class PhoneBookByMap {

    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, String> phonebook = new HashMap<String, String>();
        // 创建一个HashMap对象，名称为phonebook，键值对的类型均为String

        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        // 创建扫描器用于获取用户的输入

        String keyword = new String();
        // 创建一个名为keyword的字符串用于存放用户输入的关键词

        phonebook = initPhoneBook(phonebook);
        // 利用自写的initPhoneBook方法为电话簿装入数据，完成其初始化的步骤

        System.out.println("Please input a name that you want to search:");
        // 提示用户输入待查询的姓名

        keyword = scan.nextLine();
        // 将用户的输入信息装入字符串keyword中
        while (keyword.isEmpty()) {
            System.out.println("Please input a name!");
            keyword = scan.nextLine();
        }

        // 若用户有输入某个关键词，则按照该关键词在phonebook中查找其对应的号码
        System.out.println("The result is :");
        System.out.println(queryPhone(phonebook, keyword));
        // 这里调用了自写的queryPhone()方法
        scan.close();

    }

    private static HashMap<String, String> initPhoneBook(HashMap<String, String> phonebook) {
        // 该方法用于完成指定HashMap的初始化，为其装入一些号码数据，你也可以自定义这些数据
        // Q：你还清楚形参和实参的区别吗？

        phonebook.put("Steve", "13012345678");
        phonebook.put("Bob", "028-80001234");
        phonebook.put("Peter", "182222233333");
        // 使用put()方法将姓名与电话号码相关联，存放在名为phonebook的HashMap中
        // put()方法中，第一个参数为关键词key，第二个参数为其对应的值value

        return phonebook;
        // 返回修改后的phonebook
    }

    private static String queryPhone(HashMap<String, String> phonebook, String keyword) {

        String result = new String();
        // 创建存放结果的字符串result

        result = phonebook.get(keyword);
        // 使用get()方法查询keyword所对应的电话号码，并赋给result
        // get()方法中，参数为关键词key，返回值为其对应的值value，未找到对应值时，返回值为null

        if (result == null)
            return "Can not find this user.";
        // 如果未找到该用户的电话号码，则将查询结果修改为“未找到该用户”

        return result;
        // 返回查询结果
    }

}

这个例子稍显复杂，需要你弄清楚其中各个模块之间的关系。检查代码无误后，点击编译并运行，在控制台分别输入无效姓名、有效姓名（例如Steve，注意大小写）和空值，观察下程序返回的结果是否正常。

查找到号码的情况：

找不到号码的情况：

以及你什么都不输入，直接回车得到的提示：

实验总结
本节课程我们学习了 Java 中的集合类，并应用了 ArrayList 和 HashMap，使用了其自带的方法来完成了诸如存取数据的工作。下一节我们将进入数学工具的学习。

Java 的集合框架最全详解（图） https://www.iteye.com/blog/DavidIsOK-2106563
Java SE 官方 API 文档 - java.util.Collection https://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/Collection.html
这里有几道思考题目，请同学们查阅资料，回答以下问题：

Collection 与 Collections 的区别？
List、Set 和 Map 是否继承自 Collection 接口？
ArrayList 与 Vector 的区别？
HashMap 与 Hashtable 的区别？