Java：常用集合类（List、Map、Set、Queue、Stack）

迭代器

基本概念

Iterator接口包含3个方法：

public interface Iterator<E> {
    E next();
    boolean hasNext();
void remove();
}

Java集合类库中的迭代器与C++的STL中的迭代器有所区别。C++中的迭代器是根据数组索引建模的，可以直接根据迭代器查看元素，或者移动迭代器。但Java的迭代器却不是这样，它的查找操作与位置变更是紧密相关的，查找一个元素的唯一方法是调用next，与其同时迭代器向前移动。因此，应该将Java迭代器看作是位于两个元素之间，当调用next时，迭代器就越过下一个元素，并返回刚刚越过的那个元素的引用。

Collection<String> c = ...;
Iterator<String> iter = c.iterator();
while (iter.hasNext()) {
    String element = iter.next();
...
}

也可以用for each循环实现：

for(String element : c) {
...
}

编译器简单地将“for each”循环翻译成带有迭代器的循环。

删除元素

Iterator接口的remove方法将会删除上次调用next方法时返回的元素，如果想要删除指定位置上的元素，就需要先越过它。比如删除字符串集合中第一个元素：

Iterator<String> iter = c.iterator();
it.next();
it.remove();

注意，next方法和remove方法是相互依赖的，如果调用remove之前没有调用next，将是不合法的。例如，如果想删除两个相邻的元素，必须：

it.remove();
it.next();
it.remove();

具体集合类型

Java中的集合只能存放封装类，而不能存放基本数据类型。因此，如果要用到int或double，要用它们相对应的类：Integer和Double。

数组列表 ArrayList

ArrayList就是动态数组，类似C++中的vector容器。Java中，Vector类的所有方法都是同步的，可以由两个线程安全地访问一个Vector对象，但是，如果由一个线程访问Vector，会花费很长的时间来同步。ArrayList不是同步的，因此比较快速。

构造器

ArrayList提供了三个构造器：
public ArrayList();
默认的构造器，将会以默认（10）的大小来初始化内部的数组
public ArrayList(ICollection);
用一个ICollection对象来构造，并将该集合的元素添加到ArrayList
public ArrayList(int);
用指定的大小来初始化内部的数组

ArrayList<Employee> l = new ArrayList<>(); //构造一个ArrayList

实例化二维List时的注意点

如果是实例化一维List，可以这么写：

List<Integer> list = new ArrayList<Integer>()

然而，如果是实例化一个二维的List，就应该写成：

List<List<Integer>> list = new ArrayList<List<Integer>>();
//或将右侧尖括号里的东西省略：
List<List<Integer>> list = new ArrayList<>();

---

PS：
当为二维List添加一维List元素时，有一个需要注意的地方：

List<List<Integer>> result = new ArrayList<List<Integer>>();  
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
...
result.add(list);//错误，list只是引用

result.add(new ArrayList<Integer>(list));//正确，必须重新实例化一个一维List

ArrayList转换成Arrays

List<String> list=new ArrayList<String>();  
list.add("王利虎");  
list.add("张三");  
list.add("李四");  
int size=list.size();  
String[] array = (String[])list.toArray(new String[size]);  

ArrayList提供public <T> T[] toArray(T[] a)方法返回一个按照正确的顺序包含此列表中所有元素的数组。返回数组的运行时类型就是指定数组的运行时类型。如果列表能放入指定的数组，则返回放入此列表元素的数组。否则，将根据指定数组的运行时类型和此列表的大小分配一个新的数组。
如果指定的数组能容纳列表并有剩余空间（即数组的元素比列表的多），那么会将数组中紧跟在集合末尾的元素设置为 null。这对确定列表的长度很有用，但只在调用方知道列表中不包含任何 null 元素时才有用。

Arrays转换成ArrayList

当需要将数组转换成数组列表时，需要用到Arrays.asList方法：

String[] array=new String[3];  
array[0]="王利虎";  
array[1]="张三";  
array[2]="李四";  
List<String> list=Arrays.asList(array);  

asList方法返回一个受指定数组支持的固定大小的列表，此方法同 Collection.toArray 一起，充当了基于数组的 API 与基于 collection 的 API 之间的桥梁。返回的列表是可序列化的，并且实现了 RandomAccess。除此之外， 此方法还提供了一个创建固定长度的列表的便捷方法，该列表被初始化为包含多个元素：

List<String> list = Arrays.asList("王利虎","张三","李四");  

---

注意：
如果数组是int数组，要将它转换成Integer的数组列表就比较麻烦，不能用上面的方法，还是老老实实用for循环。
将Integer数组列表转成int数组：

        List<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1);
list.add(2);
list.add(3);
int[] array = new int[list.size()];
for(int i=0;i<list.size();i++) {
array[i]=list.get(i);
        }  
//System.out.println(Arrays.toString(array));

将int数组转成Integer数组列表：

        int[] array={1,2,3,4,5};
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
for(int i=0;i<array.length;i++) {
list.add(array[i]);
        } 

其他常用方法

l.size(); //返回l的元素个数

l.isEmpty(); //判断l是否为空

l.indexOf(e); //返回l中首次出现的指定元素e的索引；如果e不存在，则返回 -1

l.add(E element) //在当前位置添加一个元素
l.add(int i, E element) //在给定位置添加一个元素
l.addAll(i,l2); //将l2中的全部数据插入到到l的位置i上

l.set(i,x); //替换l[i]的元素值，前提是该位置原先就有值，否则会抛出一个异常

e = l.get(i); //获取指定位置的元素

l.remove(i); //删除元素
l.removeAll(l2); //按照l2中的数据来删除l

l.subList(int fromIndex, int toIndex) 
//fromIndex：用于指定新列表的起始点（包括该点）。
//toIndex：用于指定新列表的结束点（不包括该点）。
//注意：这里如果要对获得的子list操作，原list也会发生改变。如果希望子list与原list相独立，应给写成：
List<Object> tempList = new ArrayList<Object>(lists.subList(2, lists.size()));   

l.clear(); //清空l

l.ensureCapacity(100); //分配一个包含100个对象的确定大小的ArrayList

void Collections.reverse(l);//将l原地翻转

void Collections.sort(l);//将l原地排序

链表 LinkedList

数组和动态的ArrayList类有一个重大的缺陷，那就是从中间位置添加或删除一个元素要付出很大的代价。链表解决了这个问题。
常用的list操作有：

LinkedList() //构造一个空链表

ListIterator<E> listIterator() //返回一个列表迭代器

void add(E element) //在当前位置添加一个元素
void add(int i, E element) //在给定位置添加一个元素
void addFirst(E element)
void addLast(E element) //将某个元素添加到列表的头部或尾部
void addAll(int i,Collection<? extends E> elements) //将某个集合中的所有元素添加到给定位置

E remove(int i) //删除给定位置的元素并返回之
E removeFirst()
E removeLast()
//删除并返回列表头部或尾部的元素

E get(int i) //获取给定位置的元素
E getFirst()
E getLast()//返回列表头部或尾部的元素

void set(E element) //用新元素取代next或previous刚才访问的元素
E set(int i,E element) //用新元素取代给定位置的元素，并返回原来的元素

int indexOf(Object element) //返回与指定元素相等的元素在列表中第一次出现的位置，如果找不到将返回-1
int nextIndex() //返回下一次调用next方法时将返回的元素索引
int previousIndex() //返回下一次调用previous方法时将返回的元素索引

映射表 map

map用来存放键值对，并根据键查找值。Java类库提供了两种通用的实现：HashMap和TreeMap。
HashMap对键进行散列，是无序的，而TreeMap用键的整体顺序对元素进行排序。

void clear( )
//从此映射中移除所有映射关系（可选操作）。
boolean containsKey(Object k)
//如果此映射包含指定键的映射关系，则返回 true。
boolean containsValue(Object v)
//如果此映射将一个或多个键映射到指定值，则返回 true。
Set entrySet( )
//返回此映射中包含的映射关系的 Set 视图。
boolean equals(Object obj)
//比较指定的对象与此映射是否相等。
Object get(Object k)
//返回指定键所映射的值；如果此映射不包含该键的映射关系，则返回 null。
int hashCode( )
//返回此映射的哈希码值。
boolean isEmpty( )
//如果此映射未包含键-值映射关系，则返回 true。
Set keySet( )
//返回此映射中包含的键的 Set 视图。
Object put(Object k, Object v)
//将指定的值与此映射中的指定键关联（可选操作）。
void putAll(Map m)
//从指定映射中将所有映射关系复制到此映射中（可选操作）。
Object remove(Object k)
//如果存在一个键的映射关系，则将其从此映射中移除（可选操作）。
int size( )
//返回此映射中的键-值映射关系数。
Collection values( )
//返回此映射中包含的值的 Collection 视图。

下面的例子来解释Map的功能：

      Map<String,String> m1 = new HashMap(); 
      m1.put("Zara", "8");
      m1.put("Mahnaz", "31");
      m1.put("Ayan", "12");
      m1.put("Daisy", "14");
      System.out.println();
      System.out.println(" Map Elements");
      System.out.print("\t" + m1);

以上实例编译运行结果如下：

Map Elements
{Mahnaz=31, Ayan=12, Daisy=14, Zara=8}

Map.Entry类

Map的entrySet()方法返回一个实现Map.Entry接口的对象集合。集合中每个对象都是底层Map中一个特定的键/值对。
接着，Map.Entry类提供了一个getKey()方法和一个getValue()方法，用来很方便地获取键和值。

Set entries = map.entrySet( );
if(entries != null) {
    Iterator iterator = entries.iterator( );
    while(iterator.hasNext( )) {
        Map.Entry entry =iterator.next( ); 
        Object key = entry.getKey( ); 
        Object value = entry.getValue();
    }
} 

---

Map.Entry同时也提供了一个setValue（）方法，程序员可以使用它修改map里面的值。

遍历Map中键值对的方法

方法一：在for-each循环中使用entrySet来遍历。

这是最常见的并且在大多数情况下也是最可取的遍历方式，在键值都需要时使用。

Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();
...
for (Map.Entry<Integer, Integer> entry : map.entrySet()) {
    System.out.println("Key = " + entry.getKey() + ", Value = " + entry.getValue());
}

---

方法二：在for-each循环中遍历keys或values。
如果只需要map中的键或者值，你可以通过keySet或values来实现遍历，而不是用entrySet。

Map<Integer, Integer> map = new HashMap<Integer, Integer>();  

//遍历map中的键 

for (Integer key : map.keySet()) {  

    System.out.println("Key = " + key);  

}  

//遍历map中的值 

for (Integer value : map.values()) {  

    System.out.println("Value = " + value);  

}  

集合 Set

散列集合 HashSet

       HashSet h=new HashSet();//声明

       h.add("1st");//添加元素
       h.add("2nd");

       num = h.size();//HashSet的元素个数
       Iterator it=h.iterator();//迭代器
       while(it.hasNext()) {
           Object o=it.next();
           System.out.println(o);
       }

       h.remove("2nd");//删除元素
       boolean contains = set.contains("apple");//查找元素

树集 TreeSet

HashSet是无序的，而TreeSet是基于红黑树的，内部是有序的。其常用操作如下：

int size() //返回 set 中的元素数（set 的容量）。

boolean add(E e) //将指定的元素添加到此 set（如果该元素尚未存在于 set 中）。 

boolean addAll(Collection<? extendsE> c) //将指定 collection 中的所有元素添加到此 set 中。 

Object clone() //返回TreeSet实例的浅表副本。 

Comparator<? superE> comparator() //返回对此 set 中的元素进行排序的比较器；如果此 set 使用其元素的自然顺序，则返回null。 

boolean contains(Object o) //如果此 set 包含指定的元素，则返回true。 

Iterator<E> iterator() //返回在此 set 中的元素上按升序进行迭代的迭代器。

Iterator<E> descendingIterator() //返回在此 set 元素上按降序进行迭代的迭代器。 

E first() //返回此 set 中当前第一个（最低）元素。 

E last() //返回此 set 中当前最后一个（最高）元素。 

E ceiling(E e) //返回此 set 中大于等于给定元素的最小元素；如果不存在这样的元素，则返回null。

E floor(E e) //返回此 set 中小于等于给定元素的最大元素；如果不存在这样的元素，则返回null。 

E lower(E e) //返回此 set 中严格小于给定元素的最大元素；如果不存在这样的元素，则返回null。 

E  higher(E e) //返回此 set 中严格大于给定元素的最小元素；如果不存在这样的元素，则返回null。 

boolean isEmpty() //如果此 set 不包含任何元素，则返回true。 

E pollFirst() //获取并移除第一个（最低）元素；如果此 set 为空，则返回null。 

E pollLast() //获取并移除最后一个（最高）元素；如果此 set 为空，则返回null。 

boolean remove(Object o) //将指定的元素从 set 中移除（如果该元素存在于此 set 中）。 

void clear() //移除此 set 中的所有元素。 

队列与优先队列

队列 Queue

队列是一种特殊的线性表，它只允许在表的前端进行删除操作，而在表的后端进行插入操作。
LinkedList类实现了Queue接口，因此我们可以把LinkedList当成Queue来用。

Queue的常用方法如下：

boolean isEmpty()
//如果队列为空，则返回true，否则返回false

boolean add(E element)
boolean offer(E element) 
//如果队列没有满，将给定的元素添加到这个双端队列的尾部并返回true。否则，第一个方法抛出一个异常，第二个方法返回false

E remove()
E poll()
//删除并返回队首元素，如果队列是空的，第一个方法抛出一个异常，第二个方法返回null

E element()
E peek()
//返回队尾的元素，如果队列是空的，第一个方法抛出一个异常，第二个方法返回null

以下实例演示了队列（Queue）的用法：

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //add()和remove()方法在失败的时候会抛出异常(不推荐)
        Queue<String> queue = new LinkedList<String>();
        //添加元素
        queue.offer("a");
        queue.offer("b");
        queue.offer("c");
        queue.offer("d");
        queue.offer("e");
        for(String q : queue){
            System.out.println(q);
        }
        System.out.println("===");
        System.out.println("poll="+queue.poll()); //返回第一个元素，并在队列中删除
        for(String q : queue){
            System.out.println(q);
        }
        System.out.println("===");
        System.out.println("element="+queue.element()); //返回第一个元素 
        for(String q : queue){
            System.out.println(q);
        }
        System.out.println("===");
        System.out.println("peek="+queue.peek()); //返回第一个元素 
        for(String q : queue){
            System.out.println(q);
        }
    }
}

以上代码运行输出结果为：

a
b
c
d
e
===
poll=a
b
c
d
e
===
element=b
b
c
d
e
===
peek=b
b
c
d
e

优先队列 PriorityQueue

PriorityQueue是从JDK1.5开始提供的新的数据结构接口。
如果不提供Comparator的话，PriorityQueue中元素默认按自然顺序排列，也就是数字的话默认小的在队首，字符串的话按字典序排列。比如队列 1 3 5 10 2 自动会被排列成 1 2 3 5 10。
如果想实现按照自己的意愿进行优先级排列的队列的话，需要实现Comparator接口。PriorityQueue的常用方法如下：

boolean isEmpty() //判断优先级队列是否为空。
int size() //此方法返回这个集合中元素的个数。
void clear() //此方法删除所有来自此优先级队列中的元素。

Comparator<? super E> comparator() //此方法返回用于排序的比较器。
Iterator<E> iterator() //此方法返回一个迭代器。

boolean add(E e) //此方法将指定元素插入此优先级队列。
boolean off(E e) //同样是插入元素。
boolean remove(Object o) //这个方法从队列中移除指定元素的单个实例(如果存在)。
boolean contains(Object o)  //如果此队列包含指定的元素，此方法返回true。
E peek() //此方法检索此队列的头，如果此队列为空，则返回null。
E poll() //此方法检索并移除此队列的头，如果此队列为空，则返回null。

Object[] toArray() //这个方法返回一个包含此队列所有元素的数组。

下面演示具体用法：

package com.javaer.examples.datastruct;
import java.util.Comparator;
import java.util.PriorityQueue;
import java.util.Queue;
import org.apache.poi.ss.formula.functions.Count;

public class PriorityQueueExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 定义一个PriorityQueue
        Queue<Integer> qi = new PriorityQueue<Integer>();
        qi.add(5);
        qi.add(2);
        qi.add(1);
        qi.add(10);
        qi.add(3);

        while (!qi.isEmpty()) System.out.print(qi.poll() + ",");
        System.out.println();
        System.out.println("-----------------------------");
        //实现一个比较器
        Comparator<Integer> cmp;
        cmp = new Comparator<Integer>() {
            public int compare(Integer e1, Integer e2) {
                return e2 - e1;
            }
        };
        Queue<Integer> q2 = new PriorityQueue<Integer>(5,cmp);
        q2.add(2);
        q2.add(8);
        q2.add(9);
        q2.add(1);
        while (!q2.isEmpty()) System.out.print(q2.poll() + ",");
    }
}

输出结果是：

1,2,3,5,10,
-----------------------------
9,8,2,1,

此队列的头是按指定排序方式的最小元素。如果多个元素都是最小值，则头是其中随机的一个元素。

栈 Stack

栈是Vector的一个子类，它实现了一个标准的后进先出的数据结构。
堆栈只定义了默认构造函数，用来创建一个空栈。 堆栈除了包括由Vector定义的所有方法，也定义了自己的一些方法。

---

值得一提的是，Java中的栈Stack的元素类型不限，同一个Stack中可以存入Integer、Double等不同的数据类型。

boolean empty() //测试堆栈是否为空。

Object peek( ) //查看堆栈顶部的对象，但不从堆栈中移除它。

Object pop( ) //移除堆栈顶部的对象，并作为此函数的值返回该对象。

Object push(Object element) //把项压入堆栈顶部。

int search(Object element) //返回对象在堆栈中的位置，以 1 为基数。

下面的程序说明Stack所支持的几种方法：

import java.util.*;

public class StackDemo {
    //显示压栈的结果
    static void showpush(Stack st, int a) {
st.push(new Integer(a));
        System.out.println("push(" + a + ")");
        System.out.println("stack: " + st);
    }
    //显示弹栈的结果
    static void showpop(Stack st) {
        System.out.print("pop -> ");
        Integer a = (Integer) st.pop();
        System.out.println(a);
        System.out.println("stack: " + st);
    }
    //主函数
    public static void main(String args[]) {
        Stack st = new Stack();
        System.out.println("stack: " + st);
        showpush(st, 42);
        showpush(st, 66);
        showpush(st, 99);
        showpop(st);
        showpop(st);
        showpop(st);
        //捕获到弹栈异常，此时Stack为空
        try {
            showpop(st);
        } catch (EmptyStackException e) {
            System.out.println("empty stack");
      }
   }
}

以上实例编译运行结果如下：

stack: [ ]
push(42)
stack: [42]
push(66)
stack: [42, 66]
push(99)
stack: [42, 66, 99]
pop -> 99
stack: [42, 66]
pop -> 66
stack: [42]
pop -> 42
stack: [ ]
pop -> empty stack