Java程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第八章集合和泛型

Java程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第八章集合和泛型匯報(bào)人：AA2024-01-12contents目錄集合概述泛型基礎(chǔ)List接口及其實(shí)現(xiàn)類Set接口及其實(shí)現(xiàn)類Map接口及其實(shí)現(xiàn)類集合操作與算法泛型在集合中的應(yīng)用01集合概述集合（Collection）是Java中提供的一種容器，用于存儲(chǔ)多個(gè)對(duì)象。集合定義集合中的元素沒有固定的順序。無序性集合中的元素互不相同，即不會(huì)有重復(fù)的元素。互異性給定一個(gè)元素和一個(gè)集合，這個(gè)元素要么屬于這個(gè)集合，要么不屬于這個(gè)集合，二者必居其一。確定性集合定義與特點(diǎn)集合框架概述：Java集合框架是Java編程語言中一個(gè)重要的部分，它提供了一套預(yù)定義的類和接口，用于存儲(chǔ)和操作對(duì)象組。接口：Java集合框架定義了幾個(gè)主要的接口，如`Collection`、`List`、`Set`、`Queue`、`Deque`等。實(shí)現(xiàn)類：Java集合框架提供了一系列的常用實(shí)現(xiàn)類，如`ArrayList`、`LinkedList`、`HashSet`、`TreeSet`等。迭代器：迭代器（Iterator）是一種設(shè)計(jì)模式，它是一個(gè)對(duì)象，它能夠遍歷并選擇序列中的對(duì)象，而開發(fā)人員不需要了解該序列的底層結(jié)構(gòu)。Java集合框架中的`Iterator`接口提供了遍歷任何`Collection`的接口。算法：Java集合框架提供了一套高效、有用和可擴(kuò)展的算法來操作或處理集合中的數(shù)據(jù)。0102030405集合框架體系結(jié)構(gòu)ArrayList基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)數(shù)組，可以存儲(chǔ)任何類型的對(duì)象。支持快速隨機(jī)訪問，但插入和刪除元素較慢。常用集合類介紹允許存儲(chǔ)重復(fù)元素和null值。LinkedList基于鏈表實(shí)現(xiàn)的雙向鏈表，可以存儲(chǔ)任何類型的對(duì)象。常用集合類介紹插入和刪除元素較快，但隨機(jī)訪問較慢。允許存儲(chǔ)重復(fù)元素和null值。常用集合類介紹HashSet基于哈希表實(shí)現(xiàn)的集合，不允許存儲(chǔ)重復(fù)元素。插入和刪除元素的速度非?？欤恢С峙判?。常用集合類介紹不允許存儲(chǔ)null值。TreeSet基于紅黑樹實(shí)現(xiàn)的排序集合，不允許存儲(chǔ)重復(fù)元素。常用集合類介紹插入和刪除元素的速度較快，且支持排序。不允許存儲(chǔ)null值。常用集合類介紹02泛型基礎(chǔ)泛型是Java提供的一種參數(shù)化類型機(jī)制，允許在定義類、接口和方法時(shí)使用類型參數(shù)，以增加代碼的復(fù)用性和類型安全。通過使用泛型，可以編寫更加靈活且類型安全的代碼。泛型提供了編譯時(shí)類型檢查，避免了類型轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤，提高了代碼的可讀性和可維護(hù)性。泛型概念及作用泛型作用泛型概念類型參數(shù)是在定義泛型類或方法時(shí)聲明的占位符類型，用于表示實(shí)際類型的參數(shù)。類型參數(shù)概念類型參數(shù)命名規(guī)范類型參數(shù)使用類型參數(shù)通常使用大寫字母表示，如T、E、K、V等。在泛型類或方法中使用類型參數(shù)時(shí)，可以用具體的類型來替換它，從而實(shí)現(xiàn)代碼的通用性。030201泛型類型參數(shù)

泛型方法泛型方法概念泛型方法是使用泛型類型參數(shù)的方法，可以在方法簽名中聲明類型參數(shù)，并在方法體中使用這些類型參數(shù)。泛型方法語法泛型方法的語法包括在方法返回類型前添加類型參數(shù)聲明，以及在方法名后添加類型參數(shù)列表。泛型方法使用調(diào)用泛型方法時(shí)，編譯器會(huì)根據(jù)提供的實(shí)際類型參數(shù)進(jìn)行類型推斷，從而確保類型安全。泛型接口概念泛型接口是使用泛型類型參數(shù)的接口，可以在接口定義中聲明類型參數(shù)，并在接口的方法中使用這些類型參數(shù)。泛型類概念泛型類是使用泛型類型參數(shù)的類，可以在類定義中聲明類型參數(shù)，并在類的屬性、方法和構(gòu)造函數(shù)中使用這些類型參數(shù)。泛型類與接口使用在使用泛型類或接口時(shí)，需要為其指定具體的類型參數(shù)。這些類型參數(shù)可以是任何有效的Java類型，包括基本數(shù)據(jù)類型、引用類型和自定義類型等。泛型類與接口03List接口及其實(shí)現(xiàn)類List接口的主要實(shí)現(xiàn)類有ArrayList、LinkedList和Vector等。List接口是Java集合框架的一部分，它表示一種有序集合，即元素的插入順序就是元素的存儲(chǔ)順序。List接口繼承了Collection接口，因此它包含了Collection接口的所有方法，并且還提供了一些特有的方法，如添加、獲取和刪除元素的方法。List接口概述ArrayList是非線程安全的，因此在多線程環(huán)境下可能會(huì)出現(xiàn)問題。ArrayList支持null元素，并且允許重復(fù)元素的存在。ArrayList是List接口的一個(gè)實(shí)現(xiàn)類，它基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)，具有查詢效率高、增刪效率較低的特點(diǎn)。ArrayList類LinkedList是List接口的另一個(gè)實(shí)現(xiàn)類，它基于雙向鏈表實(shí)現(xiàn)，具有查詢效率低、增刪效率高的特點(diǎn)。LinkedList也是非線程安全的，因此在多線程環(huán)境下可能會(huì)出現(xiàn)問題。LinkedList同樣支持null元素，并且允許重復(fù)元素的存在。LinkedList類Vector是List接口的古老實(shí)現(xiàn)類，它基于數(shù)組實(shí)現(xiàn)，具有查詢效率高、增刪效率較低的特點(diǎn)。Vector同樣支持null元素，并且允許重復(fù)元素的存在。但是，由于Vector類的所有方法都是同步的，因此在單線程環(huán)境下使用Vector類比使用ArrayList類性能要差一些。Vector是線程安全的，因此在多線程環(huán)境下可以安全地使用。Vector類04Set接口及其實(shí)現(xiàn)類Set接口是Java集合框架的一部分，它代表一個(gè)不包含重復(fù)元素的集合。Set接口繼承自Collection接口，因此它包含了Collection接口的所有方法。Set接口的主要實(shí)現(xiàn)類有HashSet、TreeSet和LinkedHashSet。Set接口概述HashSet類01HashSet是基于哈希表實(shí)現(xiàn)的，它不保證元素的順序。02HashSet允許使用null元素。03HashSet的性能基本上總是比TreeSet好，特別是添加和查詢?cè)貢r(shí)。04HashSet不是線程安全的，如果多個(gè)線程同時(shí)訪問一個(gè)HashSet，而其中至少一個(gè)線程修改了它，那么它必須保持外部同步。TreeSet是基于紅黑樹實(shí)現(xiàn)的，它會(huì)對(duì)元素進(jìn)行排序。TreeSet的排序可以是自然排序，也可以通過構(gòu)造函數(shù)指定一個(gè)Comparator進(jìn)行排序。TreeSet是線程不安全的，如果多個(gè)線程同時(shí)訪問一個(gè)TreeSet，而其中至少一個(gè)線程修改了它，那么它必須保持外部同步。TreeSet不允許使用null元素。TreeSet類輸入標(biāo)題02010403LinkedHashSet類LinkedHashSet是基于哈希表和鏈表實(shí)現(xiàn)的，它按照元素的添加順序來維護(hù)元素的順序。LinkedHashSet不是線程安全的，如果多個(gè)線程同時(shí)訪問一個(gè)LinkedHashSet，而其中至少一個(gè)線程修改了它，那么它必須保持外部同步。LinkedHashSet的性能比HashSet略低，但是它可以保證元素的迭代順序與添加順序一致。LinkedHashSet允許使用null元素。05Map接口及其實(shí)現(xiàn)類Map接口表示一種對(duì)象，它映射唯一鍵到值。鍵值對(duì)映射Map中不允許有重復(fù)的鍵，每個(gè)鍵最多映射到一個(gè)值。不允許重復(fù)鍵Map接口提供了一些主要方法，如`put()`,`get()`,`remove()`,`containsKey()`,`containsValue()`等。主要方法Map接口概述123HashMap類基于哈希表實(shí)現(xiàn)，提供了常數(shù)時(shí)間的性能來執(zhí)行基本的Map操作?；诠１韺?shí)現(xiàn)HashMap是非同步的，如果多個(gè)線程同時(shí)訪問一個(gè)HashMap，且至少有一個(gè)線程修改了HashMap，則它必須保持外部同步。非同步HashMap允許使用null作為鍵或值。允許null鍵和null值HashMap類TreeMap類基于紅黑樹實(shí)現(xiàn)，元素按鍵的自然順序或者創(chuàng)建時(shí)提供的Comparator進(jìn)行排序?；诩t黑樹實(shí)現(xiàn)TreeMap不是線程安全的，如果需要在多線程環(huán)境下使用，可以考慮使用ConcurrentSkipListMap等線程安全的Map實(shí)現(xiàn)。同步性TreeMap不允許使用null作為鍵，但可以使用null作為值。不允許null鍵TreeMap類基于哈希表和鏈表實(shí)現(xiàn)01LinkedHashMap類基于哈希表和鏈表實(shí)現(xiàn)，具有可預(yù)知的迭代順序。訪問順序或插入順序02LinkedHashMap可以維護(hù)鍵值對(duì)的訪問順序或者插入順序，這取決于構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)。同步性03LinkedHashMap是非同步的，如果多個(gè)線程同時(shí)訪問一個(gè)LinkedHashMap，且至少有一個(gè)線程修改了LinkedHashMap，則它必須保持外部同步。LinkedHashMap類06集合操作與算法增強(qiáng)型for循環(huán)遍歷使用for-each循環(huán)語法遍歷集合元素，無需顯式獲取迭代器對(duì)象。Lambda表達(dá)式遍歷使用Java8引入的Lambda表達(dá)式和StreamAPI遍歷集合元素，實(shí)現(xiàn)更簡潔的代碼。迭代器遍歷通過獲取集合的迭代器對(duì)象，使用`hasNext()`和`next()`方法遍歷集合元素。集合遍歷操作對(duì)于實(shí)現(xiàn)Comparable接口的類，集合中的元素可按照自然順序進(jìn)行排序。自然排序通過實(shí)現(xiàn)Comparator接口，可以定義自定義的排序規(guī)則對(duì)集合元素進(jìn)行排序。定制排序了解不同排序算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度，選擇適合的排序算法以提高性能。排序算法性能集合排序算法按順序逐個(gè)檢查集合中的元素，直到找到目標(biāo)元素或遍歷完整個(gè)集合。線性查找對(duì)于有序集合，可以使用二分查找算法快速定位目標(biāo)元素的位置。二分查找通過哈希表實(shí)現(xiàn)快速查找，將元素的關(guān)鍵字通過哈希函數(shù)映射到哈希表中，直接定位元素位置。哈希查找查找算法在集合中的應(yīng)用07泛型在集合中的應(yīng)用類型檢查在編譯期間對(duì)集合中元素的類型進(jìn)行檢查，確保類型安全。避免類型轉(zhuǎn)換無需進(jìn)行顯式的類型轉(zhuǎn)換，減少了出錯(cuò)的可能性。類型推斷編譯器可以根據(jù)上下文推斷出泛型類型，簡化了代碼編寫。類型安全的集合操作使用泛型可以避免在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)類型轉(zhuǎn)換異常（ClassCastEx