Java第11章泛型和集合 教學(xué)設(shè)計(jì)

Java程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)與實(shí)戰(zhàn)教學(xué)設(shè)計(jì)課程名稱：Java程序設(shè)計(jì)__授課年級(jí)：_______________________授課學(xué)期：_______________________教師姓名：_______________________2023年07月25日課程名稱第11章泛型和集合計(jì)劃學(xué)時(shí)4+2學(xué)時(shí)內(nèi)容分析主要學(xué)習(xí)Java語言的泛型和集合，包括泛型方法、泛型類和泛型接口的使用、集合框架（Collection、List、Set、Map）的使用。教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)要求【知識(shí)目標(biāo)】了解Java的集合框架。了解Collection接口。了解泛型的使用?！炯寄苣繕?biāo)】熟練掌握List、Set和Map的使用。熟練掌握集合遍歷的方法?！舅颊四繕?biāo)】培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，發(fā)揮組長帶頭作用，培養(yǎng)大局意識(shí)，組員間相互鼓勵(lì)，互幫互助，培養(yǎng)協(xié)作意識(shí)。教學(xué)重點(diǎn)ArrayLis類、LinkedList類的使用教學(xué)難點(diǎn)集合的遍歷教學(xué)方式課堂講解配合ppt演示3學(xué)時(shí)，上機(jī)演練3學(xué)時(shí)教學(xué)過程第一學(xué)時(shí)（泛型）一、回顧上節(jié)課內(nèi)容（1）對(duì)上節(jié)課布置的任務(wù)以及學(xué)生提出的問題進(jìn)行答疑解惑。（2）回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)課主題。（3）明確學(xué)習(xí)方向。理解泛型的概念。掌握泛型的應(yīng)用。掌握類型通配符的使用。了解有界類型了解自定義泛型的使用二、知識(shí)講解（一）為什么使用泛型（詳見本章PPT）泛型解決了數(shù)據(jù)類型的安全性問題，其主要原理是在聲明時(shí)通過一個(gè)標(biāo)識(shí)，表示類中某個(gè)屬性的類型或者是某個(gè)方法的返回值及參數(shù)類型。這樣在類聲明或?qū)嵗瘯r(shí)只要指定好需要的具體類型即可。（二）泛型的定義泛型的介紹：泛型是JDK5中引入的特性，它提供了編譯時(shí)類型安全檢測(cè)機(jī)制。泛型的優(yōu)點(diǎn)：把運(yùn)行時(shí)期的問題提前到了編譯期間避免了強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換泛型的定義格式：<類型>:指定一種類型的格式.尖括號(hào)里面可以任意書寫,一般只寫一個(gè)字母.例如:<類型1,類型2…>:指定多種類型的格式,多種類型之間用逗號(hào)隔開示例：ArrayList<參數(shù)化類型>list=newArrayList<參數(shù)化類型>();演示案例詳見本章PPT。（三）通配符類型通配符用符號(hào)“?”表示，比如List<?>，它是List<String>、List<Object>等各種泛型List的父類。

演示案例：詳見本章PPT。（四）有界類型有界類型，可以創(chuàng)建聲明超類的上界和聲明子類的下界。

演示案例：詳見本章PPT。（五）泛型的限制加入集合中的對(duì)象類型必須與指定的泛型類型一致靜態(tài)方法中不能使用類的泛型如果泛型類是一個(gè)接口或抽象類，則不可創(chuàng)建泛型類的對(duì)象不能在catch中使用泛型從泛型類派生子類，泛型類型需具體化正確應(yīng)用泛型，可以使程序變得更簡潔、更健壯，在應(yīng)用的同時(shí)，也要注意泛型的諸多限制，以免出現(xiàn)錯(cuò)誤。（六）自定義泛型想使用泛型，就需要先定義泛型，泛型有兩種定義的方式：1.在方法上定義，寫在返回值之前Java程序中的普通方法、構(gòu)造方法和靜態(tài)方法中都可以使用泛型。方法使用泛型前，必須對(duì)泛型進(jìn)行聲明，語法：<T>，T可以是任意字母，但通常必須要大寫。一般情況下大寫是類型，小寫是參數(shù)。<T>需放在方法的返回值聲明之前。2.在類上定義，寫在類名之后除了在方法上聲明泛型之外，還可以在類上聲明泛型需要注意的是：在類上面聲明泛型，僅限于實(shí)例方法上直接使用，但是不適合靜態(tài)方法，靜態(tài)方法上的泛型還是需要在方法上單獨(dú)定義的演示案例：詳見本章PPT三、知識(shí)鞏固（1）回顧上課前的學(xué)習(xí)目標(biāo)，對(duì)本節(jié)課知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。（2）使用第七章課后作業(yè)。第二學(xué)時(shí)（集合框架概述、Collection接口、List接口）一、提出需求，導(dǎo)入學(xué)習(xí)任務(wù) （1）數(shù)組的弊端和集合的優(yōu)勢(shì)一方面，面向?qū)ο笳Z言對(duì)事物的體現(xiàn)都是以對(duì)象的形式，為了方便對(duì)多個(gè)對(duì)象的操作，就要對(duì)對(duì)象進(jìn)行存儲(chǔ)。另一方面，使用Array存儲(chǔ)對(duì)象方面具有一些弊端，而Java的集合就像一種容器，可以動(dòng)態(tài)地把多個(gè)對(duì)象的引用放入容器中。數(shù)組的在內(nèi)存存儲(chǔ)方面的弊端數(shù)組初始化以后，長度就不可變了，不便于擴(kuò)展數(shù)組中提供的屬性和方法少，不便于進(jìn)行添加、刪除、插入等操作，且效率不高。同時(shí)無法直接獲取存儲(chǔ)元素的個(gè)數(shù)數(shù)組存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)是有序的、可以重復(fù)的。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)單一Java集合類可以用于存儲(chǔ)數(shù)量不等的多個(gè)對(duì)象，還可用于保存具有映射關(guān)系的關(guān)聯(lián)數(shù)組（2）明確學(xué)習(xí)方向。理解Java集合框架的概念。了解Collection接口。了解List接口的常用方法。掌握ArrayList類的使用。掌握LinkedList類的使用。二、知識(shí)講解（一）集合框架概述引入：通過數(shù)組的弊端進(jìn)行引入。存儲(chǔ)已知數(shù)目的數(shù)據(jù)可以使用數(shù)組，例如學(xué)生的信息；存儲(chǔ)未知數(shù)目的數(shù)據(jù)，數(shù)組并不適用，例如新聞的信息。如果并不知道程序運(yùn)行時(shí)會(huì)需要多少對(duì)象，或者需要更復(fù)雜方式存儲(chǔ)對(duì)象——使用Java集合框架概念：Java的集合框架（Javacollectionsframework）是為表示和操作集合而規(guī)定的一種統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)。Java集合框架提供了一套性能優(yōu)良、使用方便的接口和類，它們位于java.util包中。Java集合類主要由兩個(gè)根接口Collection和Map派生出來的，如下圖所示。（二）Collection接口Collection接口：存儲(chǔ)一組不唯一，無序的對(duì)象（單列數(shù)據(jù)）。List：存儲(chǔ)一組不唯一，有序（插入順序）的對(duì)象（動(dòng)態(tài)數(shù)組）。Set接口：存儲(chǔ)一組唯一，無序的對(duì)象（數(shù)學(xué)中的集合）。Map接口：存儲(chǔ)一組鍵值對(duì)象，提供key到value的映射（雙列數(shù)據(jù)）。Collection接口常用方法：（三）List接口 List接口特有常用方法：演示案例：使用ArrayList和LinkedList操作流浪貓名字（詳見本章PPT）1.ArrayList類概述：List接口的主要實(shí)現(xiàn)類，實(shí)現(xiàn)了長度可變的數(shù)組，在內(nèi)存中分配連續(xù)的空間，底層使用Object[]。遍歷元素和隨機(jī)訪問元素的效率比較高。特點(diǎn)：是線程不安全的，遍歷元素和隨機(jī)訪問元素的效率高演示案例：使用ArrayList存儲(chǔ)多種類型的數(shù)據(jù)，并打印元素的個(gè)數(shù)和指定位置的元素（詳見本章PPT）2.LinkedList類概述：LinkedList集合底層由若干個(gè)相連的Node節(jié)點(diǎn)組成的，每個(gè)Node節(jié)點(diǎn)都包含著該節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)、前一個(gè)節(jié)點(diǎn)、后一個(gè)節(jié)點(diǎn)特點(diǎn)：LinkedList采用鏈表存儲(chǔ)方式，插入、刪除元素時(shí)效率比較高。操作圖解：添加數(shù)據(jù)將c插入到該LinkedList集合的a和b之前，①a節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)c節(jié)點(diǎn)的地址②c節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)a節(jié)點(diǎn)的地址③b節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)c節(jié)點(diǎn)的地址④c節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)b節(jié)點(diǎn)的地址刪除數(shù)據(jù)將b從該LinkedList的a和c之間移除①a節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)c節(jié)點(diǎn)的地址②c節(jié)點(diǎn)引用a節(jié)點(diǎn)的地址LinkedList類特有的方法：由于它的底層是鏈表，所以它擁有頭和尾，并且圍繞頭和尾設(shè)計(jì)了它獨(dú)有的方法。如下圖所示。演示案例：使用LinkedList集合操作流浪貓名字?jǐn)?shù)組。三、知識(shí)鞏固（1）回顧上課前的學(xué)習(xí)目標(biāo)，對(duì)本節(jié)課知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。（2）使用第七章課后作業(yè)。第三學(xué)時(shí)（集合的迭代操作、Set接口）一、回顧上節(jié)課內(nèi)容（1）對(duì)上節(jié)課布置的任務(wù)以及學(xué)生提出的問題進(jìn)行答疑解惑。（2）回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)課主題。（3）明確學(xué)習(xí)方向。掌握Iterator接口迭代集合的方式。掌握foreach迭代集合的方式。了解Set接口的常用方法。掌握HashSet的使用。了解TreeSet類的使用。二、知識(shí)講解（一）集合的迭代操作1.Iterator接口概念：Iterator接口用來迭代訪問Collection中元素，因此也稱為迭代器。獲取方式：通過Collection接口中的iterator()方法得到該集合的迭代器對(duì)象示例詳見本章PPT。注意：Iterator僅用于遍歷集合，如果需要?jiǎng)?chuàng)建Iterator對(duì)象，則必須有一個(gè)被迭代的集合。Iterator遍歷集合的原理：使用next()方法之前，迭代器游標(biāo)索引在第一個(gè)元素之前，不指向任何元素當(dāng)?shù)谝淮握{(diào)用next()方法后，迭代器索引會(huì)后移一位，指向第一個(gè)元素并返回，以此類推當(dāng)hasNext()方法返回false時(shí)，則說明到達(dá)集合末尾，停止遍歷2.foreach遍歷集合優(yōu)勢(shì)：它不需要獲取容器長度，不需要用索引去訪問容器中元素，但它能自動(dòng)遍歷容器中所有元素。語法：for(容器中元素類型臨時(shí)變量：容器變量){ 程序語句}演示案例：使用foreach遍歷顏色數(shù)組（詳見本章PPT）。（二）Set接口1.HashSet類（1）Set接口介紹定義：Set接口是單列集合的一個(gè)重要分支，一般將實(shí)現(xiàn)了Set接口的對(duì)象稱為Set集合。特點(diǎn)：Set集合中元素是無序的、不可重復(fù)的。Set集合沒有按照元素的插入順序排列。注意：Set集合判斷兩個(gè)元素是否相等用equals()方法，而不是使用==運(yùn)算符。Set集合也可以存儲(chǔ)null，但只能存儲(chǔ)一個(gè)，即使添加多個(gè)也只能存儲(chǔ)一個(gè)。主要實(shí)現(xiàn)類：

HashSet是根據(jù)對(duì)象的哈希值來確定元素在集合中的存儲(chǔ)位置，因此能高效地查詢，可以用來做少量數(shù)據(jù)的插入操作。TreeSet底層是用二叉樹來實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)元素的，它可以對(duì)集合中元素排序。（2）HashSet類介紹概述：HashSet類是Set接口的典型實(shí)現(xiàn)，是Set接口最常用的實(shí)現(xiàn)類。

特點(diǎn)：HashSet按照Hash算法來確定對(duì)象在集合中的存儲(chǔ)的位置的，因此具有很好的存取和查找性能。

演示案例：詳見本章PPT。2.TreeSet類特點(diǎn)：TreeSet底層采用平衡的排序二叉樹實(shí)現(xiàn)，所以它既能保證元素唯一性，又可以對(duì)元素進(jìn)行排序。常用方法：

演示案例：TreeSet集合的基本操作（詳見本章PPT）自然排序：僅做了解，詳見本章PPT。定制排序：僅做了解，詳見本章PPT。三、知識(shí)鞏固（1）回顧上課前的學(xué)習(xí)目標(biāo)，對(duì)本節(jié)課知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。（2）使用第七章課后作業(yè)。第四學(xué)時(shí)（Map接口）一、回顧上節(jié)課內(nèi)容（1）對(duì)上節(jié)課布置的任務(wù)以及學(xué)生提出的問題進(jìn)行答疑解惑。（2）回顧上節(jié)課內(nèi)容，引出本節(jié)課主題。（3）明確學(xué)習(xí)方向。掌握Map接口的常用方法。掌握HashMap集合的使用。了解LinkedHashMap類。了解Properties類的使用。二、知識(shí)講解（一）Map接口簡介概念：Map接口用于存儲(chǔ)鍵值對(duì)(key-value)形式的元素，描述了由不重復(fù)的鍵到值的映射。特點(diǎn)：Map中的key和value都可以是任何引用類型的數(shù)據(jù)，key不允許重復(fù)，且必須實(shí)現(xiàn)hashCode()和equals()方法。key和value之間存在單向一對(duì)一關(guān)系，即通過指定的key總能找到唯一的、確定的value。（二）HashMap集合特點(diǎn)：HashMap類是Map接口中使用頻率最高的實(shí)現(xiàn)類，允許使用null鍵和null值，不保證映射的順序。HashMap集合判斷兩個(gè)key相等的標(biāo)準(zhǔn)：兩個(gè)key通過equals()方法返回true，hashCode值也相等。HashMap集合判斷兩個(gè)value相等的標(biāo)準(zhǔn)：兩個(gè)value通過equals()方法返回true。演示案例詳見本章PPT。（三）LinkedHashMap集合概念：LinkedHashMap類是HashMap的子類，LinkedHashMap類可以維護(hù)Map的迭代順序，迭代順序與鍵值對(duì)的插入順序一致。。特點(diǎn)：構(gòu)造一個(gè)有序的Map。演示案例詳見本章PPT。（四）Properties集合作用：Properties用于處理屬性文件，由于屬性文件里的鍵和值都是字符串類型。特點(diǎn)：由于屬性文件中鍵和值都是字符串類型，所以Properties類中的鍵和值都是字符串類型。常用方法：演示案例：對(duì)比StringBuffer對(duì)象和StringBuilder對(duì)象拼接字符傳串的耗時(shí)（詳見本章PPT）實(shí)