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1 第十二章 Collection

2 本章內容 12-1 Collection 集合 12-2 使用 Map 介面 Vector 和 Stack 類別 Collection API 的使用特性 12-5 Generics J2SE 5.0 2

3 第十二章 Collection 相關的集合介面或是類別是放在 java.util 套件之下 Collection 類別的主要功能是用來將儲存的資料以某種架構組織, 並以特定的方式來存取這些資料 Collection 架構可以產生高效能的資料存取方式, 因為該架構中使用了像動態陣列 (Dynamic Array) 鏈結串列 (linked list) 樹狀結構 (tree) 雜錯表 (hash table) 等方式來存取資料 Collection API 也具有擴充性, 也就是說, 您可以開發自已的 Collection 類別 Collection API 可以粗略的分成兩大類 : Collection 和 Map 使用 Collection API 來存放資料並沒有使用容量的限制, 但是 Collection API 只能用來儲存物件而無法儲存 primitive 型態的資料如果您真的希望使用 Collection 來管理 primitive 型態的資料, 您必需將它轉為 Wrapper Class 3

4 第十二章 Collection 集合 (Collection) 介面存放在 Collection 中的資料稱之為元素 (Element), Collection 包含了許多的介面, 依元素存放方式的不同, 我們需要使用不同的介面來操作 Java 有四種主要的 Collection 介面 : Collection : 整個 Collection 架構的最上層介面, 介面中定義了基本的分類方法 Set : 延伸自 Collection, 可用來製作 Set 物件, 儲存在 Set 之中的元素不可以重複, 而且 Set 中的元素並沒有順序性 List : 延伸自 Collection, 可用來製作 List 物件儲存在 List 之中的元素可以重複, 而且 List 中的元素具有順序性 SortedSet : 延伸自 Set, 可用來製作 SortedSetSet 物件儲存在 SotredSet 之中的元素不可重複, 而且 SortedSet 中的元素具有順序性除了這四個主要的集合介面之外, Java 中還有其他從這四個集合介面實作出來的類別 4

5 第十二章 Collection Map 介面 Java 中還有一個獨立於 Collection 的特殊介面, 就是 Map 介面該介面提供字串索引的架構該架構中使用鍵值 / 儲存值 (Key/Value) 的方式來儲存資料, 元素的 key 是不可重複的, 而介面中的 Value 值是字串類型的資料自 Map 介面中實作出許多重要的類別或是介面, 例如 : HashMap : 衍生自 AbstractMap 類別, 該類別利用 HashTable 來組織資料 TreeMap : 衍生自 AbstractMap 類別, 該類別利用樹狀結構來組織資料 SortedMap : 延伸自 Map 的介面 5

6 12-1 Collection 集合 Collection 介面是其他介面的父介面, 該介面中定義了基本的方法以方便使用統一的方式來存取資料 Collection 定義的方法有 : boolean add(e o) 方法 boolean addall(collection c) void clear() boolean contains(object o) boolean containsall(collection c) boolean equals(object o) int hashcode() boolean isempty() Iterator iterator() boolean remove(object o) 加入一個指定的元素作用將 c 集合中的所有元素加入從 Collection 中移出所有的元素判斷集合中是否包含特定的元素 o 判斷該集合中是否有另一個集合 c 的所有元素判斷特定的物件是否和集合相同傳回集合的 hashcode 判斷集合是否是空的取得集合的迭代器 (iterator) 如果元素 o 存在的話, 就將它從 Collection 中移除 boolean removeall(collection c) int size() Object[] toarray() 將 c 集合中的元素全部移除傳回集合中的元素的數目將集合中的元素以陣列傳回 6

7 12-1 Collection 集合下圖則是 Collection 介面的繼承架構 : 7

8 使用 Set 介面 Set 介面延伸自 Collection 介面, 可用來製作相關的 Set 物件, 儲存在 Set 之中的元素不可以重複, 而且 Set 中的元素並沒有順序性 Set 介面也是 HashSet 類別的基本介面, 但您必需知道, 學習 Collection API 時, 您需要專注於存取介面的使用, 而不是類別的差異性 - 雖然不同的類別會影響使用的效能利用 Set 介面實作出來的代表性類別是 HashSet 類別, 該類別在儲存資料時會保有 Set 介面的特性 8

9 使用 SortedSet 介面 SortedSet 介面延伸自 Set 介面, 可用來製作相關的 SortedSet 物件, 儲存在 SortedSet 之中的元素是不可以重複, 並且元素之間是具有順序性的 SortedSet 介面是 TreeSet 類別的基本介面由於儲存於 TreeSet 物件中的元素具有順序性, 該物件還提供了 first() 方法來傳回儲存的第一個元素, 並提供了 last() 方法來傳回儲存的最後一個元素 TreeSet 中只能儲存同一型態的元素, 如果違反了這項規則, 程式會產生 ClassCaseException 的例外物件 9

10 使用 List 介面 List 介面同樣也是延伸自 Collection 介面, 可用來製作 LinkedList 和 ArrrayList 物件, 儲存在 List 之中的元素可以重複, 也可以用來儲存不同型態的物件, 並且元素之間是具有順序性的 List 中元素的存取可以透過索引值 (index) 來指定元素存取的位置除了可以儲存不同型態的物件和可以變動大小的特性之外, List 的使用方式其實和陣列很相似但是, 如果以存取效能而言, List 會遠低於陣列, 而且 List 也不提供特殊的元素搜尋的方式 List 中新增了 add(int index, E element) 方法來將元素加入指定的 index 位置使用 List 介面的 get 方法可以將特定位置的元素取出, 而 set 方法則可以重新設定元素的儲存位置您也可以使用 indexof 方法來判斷特定的物件是否存在於 List 之中 10

11 ArrayList 類別一般的陣列在宣告時就已經決定了該陣列的大小使用陣列時, 如果元素個數超過了陣列的大小, 則程式會產生例外而 ArrayList 是一種在執行時期可以動態改變大小的陣列 ArrayList 類別具有以下的三種建構子 : 建構子作用 ArrayList() 建構一個 ArrayList 物件 ArrayList(Collection c) 依據集合 c 來建構一個 ArrayList 物件 ArrayList(int initialcapacity) 建構一個空的 ArrayList 物件, 並指定大小為 initialcapacity 11

12 LinkedList 類別 LinkedList 採用鏈結串列的架構, 每一個元素可以追蹤到其後方的所有元素 LinkedList 類別具有以下的二種建構子 : LinkedList() 建構子 LinkedList(Collection c) 建構一個 LinkedList 物件作用依據集合 c 來建構一個 LinkedList 物件 LinkedList 類別中可以使用 addfitst() 方法將元素加到串列的最前方, 也可以使用 addlast() 方法將元素加到串列的最後方除了 get() 方法之外, 類別中還提供了 getfirst() 和 getlast() 方法分別取得 LinkedList 中第一個和最後一個元素如果要移除 LinkedList 中的元素, 您可以使用 removefirst() 和 removelast() 方法分別移除 LinkedList 中第一個和最後一個元素 12

13 使用 Iterator 介面 Iterator 一般翻譯成迭代器, Iterator 介面提供了可以在儲存於 Collection 中的元素之間反覆移動的功能 Iterator 介面的使用方式具體展現了物件導向程式的優點, 因為不管該 Collection 是否具有順序性, 也不管 Collection 中的元素是否可以重複, Iterator 介面都提供了相同的操作方式在 Collection 介面中提供了 iterator() 方法, 該方法可以用來取得的 iterator 物件再來, 我們可以使用 Iterator 介面提供的方法來完成所需要的操作例如 : 使用 hasnext() 方法來判斷 Collection 中是否還有物件使用 next() 方法來取得下一個元素您也可以直接使用 Iterator 介面中的 remove() 方法來移除目前指到的元素及其後面的所有元素 13

14 使用 ListIterator 介面 Iterator 介面只能使用 next 方法來移動到 Collection 中的下一個元素但 ListIterator 還可以利用 previous() 方法來移動到 Collection 中的上一個元素對於具有排列性質的 List 物件而言, 這會是一項很好用的功能因為只使用 next 方法的話, 您只能設計單向串列的程式 ; 但是加上了 previous 方法, 您的就可以很容易的在 List 串列中前後移動, 以方便設計雙向串列的程式使用 ListIterator 時, 您可以使用 listiterator() 方法來取得 ListIterator 物件, 並利用 hasprevious() 方法判斷元素之前是否還有元素, 再利用 previous() 方法來指向前一個元素 14

15 12-2 使用 Map 介面實作 Map 介面而產生的類別較常見的有 HashMap HashTable TreeMap 這些類別使用 put(object key, Object value) 方法來加入元素, 參數 key 會對應到 value 參考到的物件方法中提供了 get(object key) 方法來依照傳入的 key 取出元素, 您可以使用 keyset() 方法來傳回所有元素的 key 值 TreeMap 允許我們任意的在物件中增刪元素, Collection 也會自動的調整大小相較於 List 的使用, TreeMap 特別強調物件中元素的次序因此, 在資料的搜尋方面, TreeMap 會提供較好的效能但如果 TreeMap 物件中元素的儲存的方式不平均的話, 資料的搜尋的效能就不見得會比 List 還要好 HashTable 也是利用 key 的唯一性來提高資料存取的效能但基本上, HashTable 並不適合於小型資料量的儲存這是因為要計算出元素儲存位置的運算成本較高, 如果資料量少時, 使用 HashTable 並不是一項明智的決定 15

16 如何在 Map 中使用 Iterator 由於 Map 介面中並沒有提供 iterator 方法來讓我們捉出所有的元素內容, 但我們仍然可以使用替代的方式來解決 Map 介面提供了 keyset 方法來傳回所有元素的 key 值, 而傳回的資料型態是 Set 陣列因此, 我們可以產生該 Set 物件的 Iterator 物件並利用 Iterator 物件來取出對應的元素內容 Set set = map.keyset(); Iterator it = set.iterator(); 16

17 強化功能的 for 迴圈 J2SE 5.0 使用 Iterator 介面時, 您可以使用 while 迴圈來讀取元素當然您也可以使用 for 迴圈來改寫原本的程式例如 : 您可以用以下的程式碼來讀取 Collection 中的元素內容 : Iterator it = set.iterator(); while (it.hasnext()){ } System.out.print(it.next()); 如果您使用 for 迴圈來改寫上述的表式碼, 您可以寫成 : for (Iterator i = set.iterator(); i.hasnext(); ){ } System.out.print(i.next()); 您還可以使用 JDK5.0 的 for-each 敘述的加強功能來依次顯示 Collection 元素的內容 for(string s : list) System.out.println(s); 17

18 12-3 Vector 和 Stack 類別 Vector 類別可以用來實作動態陣列該類別繼承自 java.util.abstractlist 類別, 而 java.util.abstractlist 類別又繼承自 java.util.abstractioncollection 類別另一個 Stack 類別是 Vector 的子類別 Stack 類別則是用來建立堆疊的機制, 該類別是建立在向量類別的基礎上 18

19 建立 Vector 類別 Vector 類別是依據 Collection 架構而建立的, 主要是用來實作動態陣列該類別的建構子有四種 : 建構子作用 Vector() Vector(Collection c) Vector(int initialcapacity) Vector (int initialcapacity, int increment) 建構一個空的向量物件依據 c 集合的內容建構一個空的向量物件建構一個空的向量, 並指定向量物件的大小為 initialcapacity 建構一個空的向量, 並指定向量物件的大小為 initialcapacity, 增量為 increment 19

20 建立 Vector 類別 Vector 向量物件在使用時都會有其儲存元素的最大向量但是, 當物件中元素的個數超過物件的最大值時, 該物件會自動調高向量值 Vector 類別中提供 add 方法來將物件加入 Vector 之中或者, 您也可以使用 addelement 方法將物件加入 Vector 中, 並根據緩衝區的使用狀態來將向量的值加大 Vector 類別中提供 remove 方法來移除向量中的物件或者, 您也可以使用 removeelement 方法將物件由 Vector 中移除, 並根據緩衝區的使用狀態來將向量的值減小 Vector 類別提供的 containts 方法則是提供物件搜尋的功能 20

21 建立 Stack 類別 Stack 類別主要是用來建立堆疊的機制該類別只有一個建構子 : Stack() 建構子建構一個空的堆疊作用堆疊是模擬先進後出 (First In, Last Out, FILO) 的資料儲存方式概念如同您將盤子依序的放入一個箱子中, 最先取出的盤子一定是最後放入的那一個 Stack 類別提供 push 方法來將元素加到堆疊的最上層, 並提供 pop 方法來將 Stack 物件中最上層的元素取出來您可以持續的 push 元件進入堆疊中而不會有空間不足的情形但是, 您也可能在 Stack 物件中已經沒有元素的情況下還想要 pop 元素因此, 使用 pop 方法時, 程式會產生 EmptyStackException 的例外物件, 您必需要去捕捉這個例外物件 21

22 12-4 Collection API 的使用特 Collection 的唯一性性 Collection 的架構中, Set 中的元素具有唯一性, 而 Map 中的元素的 key 才具有唯一性因此, 如果 Set 中的元素或是 Map 中元素的 key 不相同, 該元素才是真的具有唯一性在比較 Set 物件時, 如果兩個 Set 中的元素只要有一個不同, 則兩個 Set 會被視為不相同的物件 Collection 中是使用 equals 方法來判斷物件是否相同而不是使用 == 運算子 22

23 12-4 Collection API 的使用特 hashcode 函式性 Map 會使用 hashing 演算法來提供一個有效的 key 值, hashcode 函式則會將 key 轉為 hashcode, 並利用 hashcode 值讓 hashing map 能夠存取這些元素因此, 如果兩個元素是相同的, 則其 hashcode 也會是相同的但請注意 : 兩個相同的元素一定會有相同的 hashcode ; 但兩個不同的元素, 其 hash Code 不一定會不同, 但兩個不同元素而具有相同的 hash Code 的情況是極少發生的如果需要自定類別, 並將類別存放在 Hashtable 中, 您必需要實作 equals 和 hashcode 這兩個方法 equals 方法負責檢查類別中的變數, 而 hashcode 方法則是依據一定的邏輯傳回 hashcode 值 23

24 12-5 Generics-J2SE 5.0 JDK5.0 新增了泛型 (Generics) 的功能用來解決 Collection 中元素的型別問題 Generics 提供了 Compiler 要如何使用 Collection 中的元素的資訊, 以便讓型別轉換能在執行時期自動進行也因此, 在使用元素時就可以不需要使用 Explicit Cast 了假使我們要在 ArrayList 中使用 Integer 型別的元素為了確保型別的正確性, 使用時, 我們將元素明確轉型 JDK5.0 以前的常用的寫法可以是 : ArrayList list = new ArrayList(); list.add(new Integer(1)); // 沒有使用 JDK5.0 的 Autoboxing 功能 int value = ((Integer) list.get(0)).intvalue(); 24

25 12-5 Generics-J2SE 5.0 或者, 您也可以使用 JDK5.0 新增的 Autoboxing 的功能 : ArrayList list = new ArrayList(); list.add(new Integer(1)); // 使用了 JDK5.0 的 Autoboxing 功能, 不必使用 intvalue() 方法 int value = (Integer) list.get(0); 25

26 12-5 Generics-J2SE 5.0 如果要使用 JDK5.0 新增的 Generics 功能, 您必需要在產生 ArrayList 物件時, 就利用 < 型別 > 的方式指明需要使用到的元素的型別元素產生後, 在您日後使用該元素時, 就不需要再 Explicit Cast 了因此, 您的程式碼要修改為 : ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); list.add(new Integer(1)); // 使用了 JDK5.0 的 Generics, 但無 Autoboxing 功能 int value = list.get(0).intvalue(); 您還可以再加上 Autoboxing 的功能程式碼再修正如下 : ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); list.add(new Integer(1)); // 使用了 JDK5.0 的 Generics 和 Autoboxing 功能 int value = list.get(0); 26

27 12-5 Generics-J2SE 5.0 Generics 強迫程式在編譯時期就檢查 Collection 的資料型態, 以達到 Type-Safe 的目的, 並省去從 Collection 取出資料再轉型的動作這項設計雖然省去了轉型的動作, 但不免會另人質疑 : 如果需要在 Collection 中存放不同型別的元素時, Generics 似乎就無法使用了? 但問題的徵結在於 : 我們很少會在 Collection 中放入不同型別的元素, 也因此, Generics 的引入仍然是 JDK5.0 的一項重要的技術 27

28 Map 中的 Generics 使用 Set 或是 List 時, 我們只要限定一種資料型態但是 Map 卻會有 key 和 value 兩種資料需要設定, 那麼我們應該如何在 Map 上使用 Generics 的概念呢? 既然 Map 的宣告是一個 key 配合一個 value, 設定 Generics 時, 我們自然也要設定兩種型態才行例如 : Map<String, String> map = new HashMap<String, String>(); 28

29 方法中的 Generics 當您設計的方法中需要傳入 Collection 相關的參數型態, 或是需要傳出 Collection 相關的回傳值時, 您也可以使用 Generics 的設定來加強程式的穩固性例如, 無 Generics 的程式 : public static void showdata(list list){ } // 相關的程式碼為了避免呼叫方法時, 傳入不同型態的 Collection API 參數而導致執行時期的錯誤, 我們也可以在 Collection API 的參數上加入 Generics 的宣告 public static void showdata(list<string> list){ } // 相關的程式碼 29

30 設計 Generics 類別我們也可以在自定的類別中加上 Generics 的功能新的宣告方式並不會大幅度的改變您設計類別的方式例如 : class Manipulate<MM extends Vehicle> MM 是我們宣告的 Generics 的型別在 Manipulate 類別中, 我們都可以使用 MM 您可以在符合 Java 的變數命名原則的情況下自定這個名稱 MM 型別的範圍限制是 : 必需是 Vehicle 類別的子類別您也可以不用 extends 關鍵字例如 : class Manipulate<MM> 但是, 這樣的使用方式並不具有任何的意義, 因為 MM 可以是任何的型別, 這就不是使用 Generics 的目的了 30

Microsoft PowerPoint - chap13.ppt

Microsoft PowerPoint - chap13.ppt 第 13 章集合資訊科技系林偉川集合了解 Collection 具體類別所使用的基本資料結構熟悉 Collection Framework 介面的繼承架構熟悉各個 Collection 具體類別的特性及應用熟悉 Generic 了解 Arrays 與 Collections 類別的常用方法了解覆蓋 equals() 方法的規則了解 equals() 和 hashcode() 之間的關係了解