集合框架¶

📖 章节简介¶

本章将介绍Java的集合框架，包括List、Set、Map等常用集合类的使用。

上图展示了 Collection 体系与 Map 体系的核心分支及典型实现类。

📋 List接口¶

1. ArrayList¶

Java

// ArrayList使用
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建ArrayList
        List<String> fruits = new ArrayList<>();

        // 添加元素
        fruits.add("苹果");
        fruits.add("香蕉");
        fruits.add("橙子");

        // 在指定位置添加
        fruits.add(1, "葡萄");

        // 添加所有元素
        List<String> moreFruits = new ArrayList<>();
        moreFruits.add("西瓜");
        moreFruits.add("草莓");
        fruits.addAll(moreFruits);

        // 访问元素
        System.out.println("第一个水果: " + fruits.get(0));
        System.out.println("第二个水果: " + fruits.get(1));

        // 修改元素
        fruits.set(0, "红苹果");

        // 删除元素
        fruits.remove("香蕉");
        fruits.remove(2);  // 删除索引为2的元素

        // 遍历ArrayList
        System.out.println("\n遍历ArrayList：");
        for (String fruit : fruits) {
            System.out.println(fruit);
        }

        // 获取大小
        System.out.println("\n水果数量: " + fruits.size());

        // 检查是否包含
        System.out.println("包含苹果: " + fruits.contains("苹果"));

        // 获取索引
        System.out.println("苹果的位置: " + fruits.indexOf("苹果"));

        // 清空列表
        fruits.clear();
        System.out.println("\n清空后的大小: " + fruits.size());
    }
}

2. LinkedList¶

Java

// LinkedList使用
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

public class LinkedListExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建LinkedList
        List<Integer> numbers = new LinkedList<>();

        // 添加元素
        numbers.add(10);
        numbers.add(20);
        numbers.add(30);

        // 在头部添加
        ((LinkedList<Integer>) numbers).addFirst(5);

        // 在尾部添加
        ((LinkedList<Integer>) numbers).addLast(40);

        // 获取头尾元素
        System.out.println("头元素: " + ((LinkedList<Integer>) numbers).getFirst());
        System.out.println("尾元素: " + ((LinkedList<Integer>) numbers).getLast());

        // 删除头尾元素
        ((LinkedList<Integer>) numbers).removeFirst();
        ((LinkedList<Integer>) numbers).removeLast();

        // 遍历LinkedList
        System.out.println("\n遍历LinkedList：");
        for (Integer num : numbers) {
            System.out.println(num);
        }
    }
}

🎯 Set接口¶

1. HashSet¶

Java

// HashSet使用
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class HashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建HashSet
        Set<String> names = new HashSet<>();

        // 添加元素
        names.add("张三");
        names.add("李四");
        names.add("王五");
        names.add("张三");  // 重复元素不会被添加

        // 遍历Set
        System.out.println("遍历HashSet：");
        for (String name : names) {
            System.out.println(name);
        }

        // 获取大小
        System.out.println("\n名字数量: " + names.size());

        // 检查是否包含
        System.out.println("包含张三: " + names.contains("张三"));

        // 删除元素
        names.remove("李四");

        // 清空Set
        names.clear();
        System.out.println("\n清空后的大小: " + names.size());
    }
}

2. TreeSet¶

Java

// TreeSet使用
import java.util.TreeSet;
import java.util.Set;

public class TreeSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建TreeSet（自动排序）
        Set<Integer> numbers = new TreeSet<>();

        // 添加元素
        numbers.add(30);
        numbers.add(10);
        numbers.add(20);
        numbers.add(40);
        numbers.add(10);  // 重复元素不会被添加

        // 遍历TreeSet（已排序）
        System.out.println("遍历TreeSet：");
        for (Integer num : numbers) {
            System.out.println(num);
        }

        // 获取第一个和最后一个元素
        System.out.println("\n第一个元素: " + ((TreeSet<Integer>) numbers).first());
        System.out.println("最后一个元素: " + ((TreeSet<Integer>) numbers).last());

        // 获取子集
        System.out.println("\n小于30的元素: " + ((TreeSet<Integer>) numbers).headSet(30));
        System.out.println("大于等于20的元素: " + ((TreeSet<Integer>) numbers).tailSet(20));
    }
}

🗺️ Map接口¶

1. HashMap¶

Java

// HashMap使用
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class HashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建HashMap
        Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();

        // 添加键值对
        scores.put("张三", 95);
        scores.put("李四", 87);
        scores.put("王五", 92);
        scores.put("赵六", 88);

        // 获取值
        System.out.println("张三的分数: " + scores.get("张三"));
        System.out.println("李四的分数: " + scores.get("李四"));

        // 修改值
        scores.put("张三", 98);

        // 删除键值对
        scores.remove("赵六");

        // 检查是否包含键
        System.out.println("\n包含张三: " + scores.containsKey("张三"));
        System.out.println("包含分数95: " + scores.containsValue(95));

        // 遍历Map
        System.out.println("\n遍历HashMap：");
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : scores.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
        }

        // 获取所有键
        System.out.println("\n所有键: " + scores.keySet());

        // 获取所有值
        System.out.println("所有值: " + scores.values());

        // 获取大小
        System.out.println("\n键值对数量: " + scores.size());

        // 清空Map
        scores.clear();
        System.out.println("\n清空后的大小: " + scores.size());
    }
}

2. TreeMap¶

Java

// TreeMap使用
import java.util.TreeMap;
import java.util.Map;

public class TreeMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建TreeMap（按键排序）
        Map<String, String> dictionary = new TreeMap<>();

        // 添加键值对
        dictionary.put("apple", "苹果");
        dictionary.put("banana", "香蕉");
        dictionary.put("orange", "橙子");
        dictionary.put("grape", "葡萄");

        // 遍历TreeMap（按键排序）
        System.out.println("遍历TreeMap：");
        for (Map.Entry<String, String> entry : dictionary.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
        }

        // 获取第一个和最后一个键
        System.out.println("\n第一个键: " + ((TreeMap<String, String>) dictionary).firstKey());
        System.out.println("最后一个键: " + ((TreeMap<String, String>) dictionary).lastKey());

        // 获取子Map
        System.out.println("\n小于'orange'的键: " + ((TreeMap<String, String>) dictionary).headMap("orange"));
        System.out.println("大于等于'orange'的键: " + ((TreeMap<String, String>) dictionary).tailMap("orange"));
    }
}

🔄 迭代器¶

1. Iterator¶

Java

// Iterator使用
import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
import java.util.List;

public class IteratorExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> names = new ArrayList<>();
        names.add("张三");
        names.add("李四");
        names.add("王五");

        // 使用Iterator遍历
        System.out.println("使用Iterator遍历：");
        Iterator<String> iterator = names.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            String name = iterator.next();
            System.out.println(name);

            // 删除元素
            if (name.equals("李四")) {
                iterator.remove();
            }
        }

        // 遍历删除后的List
        System.out.println("\n删除后遍历：");
        for (String name : names) {
            System.out.println(name);
        }
    }
}

2. ListIterator¶

Java

// ListIterator使用
import java.util.ArrayList;
import java.util.ListIterator;
import java.util.List;

public class ListIteratorExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> numbers = new ArrayList<>();
        numbers.add(10);
        numbers.add(20);
        numbers.add(30);
        numbers.add(40);
        numbers.add(50);

        // 使用ListIterator双向遍历
        System.out.println("正向遍历：");
        ListIterator<Integer> iterator = numbers.listIterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            System.out.println(iterator.next());
        }

        System.out.println("\n反向遍历：");
        while (iterator.hasPrevious()) {
            System.out.println(iterator.previous());
        }

        // 在遍历时添加元素
        iterator = numbers.listIterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Integer num = iterator.next();
            if (num == 30) {
                iterator.add(35);  // 在30后面添加35
            }
        }

        System.out.println("\n添加后遍历：");
        for (Integer num : numbers) {
            System.out.println(num);
        }
    }
}

💡 最佳实践¶

1. 集合选择¶

Java

// 集合选择指南
public class CollectionSelection {
    /*
    List选择：
    - 需要快速访问元素：ArrayList
    - 需要频繁插入删除：LinkedList
    - 需要线程安全：Vector, CopyOnWriteArrayList

    Set选择：
    - 需要快速查找：HashSet
    - 需要排序：TreeSet
    - 需要保持插入顺序：LinkedHashSet

    Map选择：
    - 需要快速查找：HashMap
    - 需要排序：TreeMap
    - 需要保持插入顺序：LinkedHashMap
    */
}

2. 性能优化¶

Java

// 集合性能优化
public class CollectionOptimization {
    public static void main(String[] args) {
        // ✅ 好的做法：指定初始容量
        List<String> list = new ArrayList<>(1000);

        // ❌ 不好的做法：不指定初始容量
        List<String> list2 = new ArrayList<>();

        // ✅ 好的做法：使用增强for循环
        for (String item : list) {
            System.out.println(item);
        }

        // ❌ 不好的做法：使用索引访问LinkedList
        // for (int i = 0; i < linkedList.size(); i++) {
        //     linkedList.get(i);  // 性能差
        // }
    }
}

集合框架¶

📖 章节简介¶

📋 List接口¶

1. ArrayList¶

2. LinkedList¶

🎯 Set接口¶

1. HashSet¶

2. TreeSet¶

🗺️ Map接口¶

1. HashMap¶

2. TreeMap¶

🔄 迭代器¶

1. Iterator¶

2. ListIterator¶

💡 最佳实践¶

1. 集合选择¶

2. 性能优化¶

📝 练习题¶

基础题¶

进阶题¶

实践题¶

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