Java——(四)Collection之Set集合TreeSet类
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TreeSet类
TreeSet是SortedSet接口的实现类,正如SortedSet名字所暗示的,TreeSet可以确保集合
元素处于排序状态。与HashSet集合相比,TreeSet还提供了如下几个额外的方法。
1)Comparator comparator():
2)Object first():
3)Object last():
4)Object lower(Object o):
5)Object higher(Object 0):
6)SortedSet subSet(fromElemnet, toElement):
7)SortedSet headSet(toElement):返回此Set的子集,由小于toElement的元素组成。
8)SortedSet tailSet(fromElement):返回此Set的子集,由大于或等于fromElement的元素组成。
下面出现测试了TreeSet的通用用法:
1 import java.util.TreeSet; 2 3 4 public class TreeSetTest { 5 6 public static void main(String[] args) { 7 8 TreeSet numsSet = new TreeSet<>(); 9 //向TreeSet中添加四个Integer对象 10 numsSet.add(5); 11 numsSet.add(2); 12 numsSet.add(10); 13 numsSet.add(-2); 14 //输出集合元素,看到集合元素已经处于排序状态 15 System.out.println(numsSet); 16 //输出集合里的第一个元素 17 System.out.println(numsSet.first()); 18 //输出集合里的最后一个元素 19 System.out.println(numsSet.last()); 20 //返回小于4的子集,不包含4 21 System.out.println(numsSet.headSet(4)); 22 //返回大于5的子集,如果、set中包含5,子集中也包含5 23 System.out.println(numsSet.tailSet(5)); 24 //返回大于等于-3、小于4的子集 25 System.out.println(numsSet.subSet(-3, 4)); 26 } 27 28 }
运行结果:
[-2, 2, 5, 10] -2 10 [-2, 2] [5, 10] [-2, 2]
与HashSet集合采用hash算法来决定因素的存储位置不同,TreeSet采用红黑树的数据结构
来存储集合元素。TreeSet支持两种排序方法:自然排序和定制排序。默认情况下采用自然排序。
1.自然排序
TreeSet会调用集合元素的Comparable接口中的compareTo(Object obj)方法来比较元素
之间的大小关系,然后将集合元素按升序排列。当一个对象调用该方法与另一个对象进行比较时,
例如obj1.compareTo(obj2),如果该方法返回0,则表明这两个对象相等;如果该方法返回一个
正数,则表明obj1大于obj2;如果该方法返回一个负数,则表明obj1小于obj2.
下面是实现了Comparable接口的常用类:
BigDecimal、BigInteger以及所有的数值型对应的包装类:按它们对应的数值大小进行比较。
- Character:按字符的UNICODE值进行比较。
- Boolean:true对应的包装类实例大于false对应的包装类实例。
- String:按字符串中的字符UNICODE值进行比较。
- Date、Time:后面的时间、日期比前面的时间、日期大。
如果试图把一个对象添加到TreeSet时,则该对象的类必须实现Comparable接口,否则则程
序将会抛出异常。下面程序师范了这个错误。
1 import java.util.TreeSet; 2 3 class Err{ 4 5 } 6 7 public class TreeSetErrorTest { 8 9 public static void main(String[] args) { 10 11 TreeSet tSet =new TreeSet<>(); 12 //向TreeSet集合中添加两个Err对象 13 tSet.add(new Err()); 14 tSet.add(new Err()); 15 } 16 17 }
运行结果:
1 Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: Err cannot be cast to java.lang.Comparable 2 at java.util.TreeMap.compare(Unknown Source) 3 at java.util.TreeMap.put(Unknown Source) 4 at java.util.TreeSet.add(Unknown Source) 5 at TreeSetErrorTest.main(TreeSetErrorTest.java:13)
上面程序试图向TreeSet集合中添加两个Err对象,添加第一个对象时,TreeSet里没有任何
因素,所以不会出现任何问题;当添加第二个Err对象时,TreeSet就会调用该对象的
ComparaTo(Object obj)方法与集合中的其他因素进行比较——如果其对应的类没有实现
Comparable接口则会引发ClassCastException异常。因此。上面程序将会在添加第二个对象的
时候引发该异常。当试图从TreeSet中取出因素时,由于第一个元素没有实现Comparable接口,
因此也会引发ClassCastException异常。
大部分类在实现compareTo(Object obj)方法时,都需要将比较对象obj强制转换成相同类型
,因为只有相同类型的两个实例次啊会比较大小。当试图把一个对象添加到TreeSet集合时,
TreeSet会调用该对象的compareTo(Object obj)方法与集合中的其他因素进行比较——这就是要
求集合中的其他因素与该因素时同一个类的实例。也就是说,向TreeSet中添加的应该是同一个类
的对象,否则也会引发ClassCastException异常。
下面程序示范了这个错误。
1 import java.util.Date; 2 import java.util.TreeSet; 3 4 5 public class TreeSetErrorTest2 { 6 7 public static void main(String[] args) { 8 9 TreeSet tSet = new TreeSet<>(); 10 tSet.add(new String("黑马程序员")); 11 tSet.add(new Date()); 12 } 13 14 }
运行结果:
Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.String cannot be cast to java.util.Date
at java.util.Date.compareTo(Unknown Source)
at java.util.TreeMap.put(Unknown Source)
at java.util.TreeSet.add(Unknown Source)
at TreeSetErrorTest2.main(TreeSetErrorTest2.java:11)
上面程序先向TreeSet集合中添加了一个字符串对象,这个操作完全正确。当添加第二个Date对
象时,TreeSet就会调用该对象的compareTo(Object obj)方法与集合中的其他因素进行比较
——Date对象的compareTo(Object obj)方法无法与字符串对象比较大小,所以上面程序将在
添加Date对象时引发异常。
如果是向TreeSet中添加的对象是程序员自定义类的对象,则可以向TreeSet中添加多种类型
的对象,前提是用户自定义类实现了Comparable接口,实现该接口实现的compareTo(Object obj)
方法没有进行强制类型转换。但当试图取出TreeSet里的集合数据时,不同类型的元素依然会发生
ClassCastException异常。
当把一个对象加入TreeSet集合中时,TreeSet调用该对象的compareTo(Object obj)方法与
容器中的其他对象比较大小,然后根据红黑树结构找到它的存储位置。如果两个对象通过
compareTo(Object obj)方法比较相等,新对象将无法添加到TreeSet集合中。他判断两个对象是否
相等的唯一标准是:两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较是否返回0——如果通过
compareTo(Object obj)方法比较返回0,TreeSet则会认为它们相等;否则就认为它们不相等。
示例:
1 import java.util.TreeSet; 2 3 4 class Z implements Comparable{ 5 int age; 6 public Z(int age){ 7 this.age = age; 8 } 9 //重写equals()方法 10 @Override 11 public boolean equals(Object obj) { 12 13 return true; 14 } 15 @Override 16 public int compareTo(Object obj) { 17 18 return 1; 19 } 20 } 21 public class TreeSetTest2 { 22 23 public static void main(String[] args) { 24 25 TreeSet set = new TreeSet<>(); 26 Z z1 = new Z(6); 27 set.add(z1); 28 //输出true,表明添加成功 29 System.out.println(set.add(z1)); 30 //输出set集合,将看到有两个变量 31 System.out.println(set); 32 //修改set集合的第一个元素的age变量 33 ((Z)(set.first())).age = 9; 34 //输出set集合的最后一个元素的age变量,将看到也变成了9 35 System.out.println(((Z)(set.first())).age); 36 } 37 38 }
运行结果:
true [Z@717e5fde, Z@717e5fde] 9
程序中把同一对象再次添加到TreeSet集合中,因为z1对象的compareTo(Object obj)方法
总是返回1,虽然它的equals()方法总是返回true,但TreeSet会认为z1对象和它自己也不相等,
因此TreeSet可以添加两个z1对象。下图显示了TreeSet及Z对象在内存中的存储示意图。
从图中可以看到TreeSet对象保存的两个对象,实际上是同一元素。
如果把重写的compareTo(Object obj)方法中的返回值改为1,则运行结果如下:
false [Z@39fc0f04] 9
如果向TreeSet中添加一个可变对象后,并且后面程序修改了该可变对象的Field,这将导致它与
其他对象的大小顺序发生了改变,但TreeSet不会再次调整它们的顺序,甚至可能导致TreeSet
中保存的这两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较返回0.下面程序演示了这种情况。
1 import java.util.TreeSet; 2 3 class M implements Comparable { 4 5 int count; 6 7 public M(int count) { 8 this.count = count; 9 } 10 11 @Override 12 public String toString() { 13 14 return "M[count:" + count + "]"; 15 } 16 @Override 17 public boolean equals(Object obj) { 18 19 if (this == obj) { 20 return true; 21 } 22 if (obj != null && obj.getClass() == M.class) { 23 M m = (M)obj; 24 if (m.count == this.count) { 25 return true; 26 } 27 } 28 return false; 29 } 30 //重写compareTo()方法,根据count来比较大小 31 @Override 32 public int compareTo(Object obj) { 33 34 M m = (M) obj; 35 return count > m.count ? 1 : count < m.count ? -1 : 0; 36 } 37 38 } 39 40 public class TreeSetTest3 { 41 42 public static void main(String[] args) { 43 44 TreeSet tsSet = new TreeSet<>(); 45 tsSet.add(new M(5)); 46 tsSet.add(new M(-3)); 47 tsSet.add(new M(9)); 48 tsSet.add(new M(-2)); 49 //打印TreeSet集合,集合元素是有序排列的 50 System.out.println(tsSet); 51 //取出第一个元素的count值 52 M firstM = (M)tsSet.first(); 53 //对第一个元素赋值 54 firstM.count = 20; 55 //取出最后一个元素 56 M lastM = (M)tsSet.last(); 57 //对最后一个元素的count值赋值,与第二个元素的count值相同 58 lastM.count = -2; 59 //输出可以看到TreeSet集合里的元素处于无序状态,且有重复元素 60 System.out.println(tsSet); 61 //删除Field被改变的元素,删除失败 62 System.out.println(tsSet.remove(new M(-2))); 63 System.out.println(tsSet); 64 //删除field没有改变的元素,删除成功 65 System.out.println(tsSet.remove(new M(5))); 66 System.out.println(tsSet); 67 } 68 69 }
运行结果:
[M[count:-3], M[count:-2], M[count:5], M[count:9]] [M[count:20], M[count:-2], M[count:5], M[count:-2]] false [M[count:20], M[count:-2], M[count:5], M[count:-2]] true [M[count:20], M[count:-2], M[count:-2]]
上面程序中的M对象对应的类正常重写了equals()方法和compareTo()方法,这两个方法都以M
对象的count实例变量作为判断的依据。当改变TreeSet集合了可变元素的Field,再试图删除该对
象时,TreeSet会删除失败,所以删除count为-2的M对象时,没有元素被删除;当删除count为5
的M对象时,可以看到元素被删除,这表明TreeSet可以删除没有被修改的Field,且不与其他被修
改Field的对象重复的对象。
2.定制排序
TreeSet的自然排序是根据集合元素的大小,TreeSet将它们一升序排序。如果需要实现定制
排序,例如以降序排列,则可以通过Comparator接口的帮助。该接口里包含了一个int compare
(T o1, T o2)方法,该方法用于比较o1和o2的大小:如果该方法返回正整数,则表明o1大于o2;
如果该方法返回0,则表明o1等于o2;如果该方法返回负整数,则表明o1小于o2。
实现定制排序,则需要在创建TreeSet集合对象时,提供一个Comparator对象与该TreeSet
集合关联,由该Comparator对象负责集合元素的排序。
1 import java.util.Comparator; 2 import java.util.TreeSet; 3 4 class C { 5 int age; 6 7 public C(int age) { 8 this.age = age; 9 } 10 11 @Override 12 public String toString() { 13 14 return "C[age:" + age + "]"; 15 } 16 } 17 18 public class TreeSetTest4 { 19 20 public static void main(String[] args) { 21 22 TreeSet tSet = new TreeSet<>(new Comparator() { 23 @Override 24 public int compare(Object o1, Object o2) { 25 C c1 = (C) o1; 26 C c2 = (C) o2; 27 return c1.age > c2.age ? -1 : c1.age < c2.age ? 1 : 0; 28 } 29 }); 30 tSet.add(new C(5)); 31 tSet.add(new C(-3)); 32 tSet.add(new C(9)); 33 System.out.println(tSet); 34 } 35 36 }
运行结果:
[C[age:9], C[age:5], C[age:-3]]