《Java编程思想》读书笔记 —

前面的章节都更重视理论一些，”持有对象“这一章却有点不一样，感觉更重视的是应用，也就是让读者学会使用Java中容器类的使用方法。关于容器类更加深层次的内容，主要是在第17章”容器深入研究“中叙述。即使是这样，这章的篇幅还是比前面都长不少……希望能概括的不错吧。

持有对象，根据字面意思来理解，应该是如何保存对象的意思。当我们不知道会需要创建多少对象、需要很好地统一管理很多对象的时候，依靠创建命名的引用来持有每一个对象是不切实际的。幸好Java中提供给我们很多可供选择的容器类，其中的基本类型是List，Set，Queue，Map，也称为集合类。本章主要叙述这些类的使用方法。

书本的总结部分有着下面这张图，展示了容器之间的关系。实线框表示普通类，虚线框表示接口，空心箭头表示接口的实线，实心箭头表示某个类可以生成箭头所指向类的对象。

上面提到的四种基本集合类中，List，Set，Queue是Collection类型，而Map是另一种独立的类型，至于Map指向Collection实心箭头，我的理解是Map类的对象可以使用keySet()、entrySet()方法产生Set，这是Collection类型。

泛型和类型安全的容器

当一个容器不使用泛型的时候，默认它接受Object型的对象，也就是任何对象都可以存入容器，这种最大程度的宽松往往会导致一些麻烦。

在书中给出的例子中，有两个不相关的类Apple和Orange，将它们的对象都存入了一个ArrayList中，因为ArrayList容器没有使用泛型限制存入对象的类型，所以，当试图调用一个Apple类拥有但是Orange类没有的方法时，就会出现运行时出错。但是如果使用了泛型，规定只有Apple类的对象才可以存入这个ArrayList，那么当试图存入一个Orange对象时，在编译时就会报错，避免酿成运行时才出错的后果。

通过使用泛型，就可以在编译器防止将错误类型的对象防止到容器中（编译时错误总好过运行时才发生错误）。

向上转型也可以作用与泛型，比如Apple类的子类也可以存入ArrayList<Apple>容器中。

基本概念

Java容器类分为两个不同的概念，分别是Collection和Map

Collection: 一个独立元素的序列，这些元素都服从一条或多条规则。
Map: 一组成对的”键值对“对象，允许你使用键来查找值。

四种基本类型List，Set，Queue，Map可以进行如下的分类：

当使用一个具体的容器对象的时候，往往建议将它向上转型成为接口来使用，例：

java

List<Apple> apples = new ArrayList<Apple>();

这样当需要修改使用的容器对象，只需要在创建处修改就可以了。

但是由于向上转型是一种”窄化“处理，所以在有些情况下这种方式并不能使用，譬如List中没有包括LinkedList中的特有方法，Map接口中也没包括TreeMap的特有方法。

所有的Collection容器对象也都可以向上转型为Collection类型，这个接口中包括了序列对象常用的方法，比如add，addAll，clear ，size，remove，isEmpty，iterator，toArray，hashCode，equals，contains，containsAll。

且所有的Collection都可以使用Foreach语法遍历：

java

Collection<Integer> c = new ArrayList<Integer>();
for(int i=0; i<10; i++)
    c.add(i);
for(Integer i : c)
    System.out.print(i + " ");

添加一组元素

使用add方法向Collection中加入元素固然可以，但是当我们需要向Collection中添加一组元素的时候，就需要效率更高的手段了。书中介绍了向Collection中添加一组元素的两种方式：

**collection.addAll()和Arrays.asList()**方法配合，Arrays.asList()接收一个数组对象或者是一个用逗号分隔的元素列表，并将其转换成一个List对象。
java
```
Integer[] moreInts = {1, 2, 3, 4, 5};
collection.addAll(Arrays.asList(moreInts));
```
**Collections.addAll()**方法，接收一个Collection对象，再接收一个数组或者是一个用逗号分隔的元素列表，将其添加到Collection对象中。
java
```
Collections.addAll(collection, 1, 2, 3, 4, 5);
```

两种方法中Collections.addAll()方法更快，且创建一个空Collection对象再向其中添加元素的方式更方便，所以优先选择Collections.addAll()方法。

使用Arrays.asList()方法的注意事项

书中给出了如下继承关系的一组类：

java

// List<Snow> snow = Arrays.asList(new Light(), new Heavy())
// Arrays.asList()会创建List<Powder>而非List<Snow>，所以会出现编译错误

// 正确方式：使用显式类型参数说明
List<Snow> snow = Arrays.<Snow>asList(new Light, new Heavy())

容器的打印

容器是可以直接打印的，Collection和Map打印出的格式如下：

java

[rat, cat, dog, dog]	// Collection的打印格式
{dog=Spot, cat=Rags, rat=Fuzzy}	// Map的打印格式

HashSet，HashMap：乱序，最快
LinkedHashSet，LinkedHashMap：打印顺序为存入顺序
TreeSet，TreeMap：默认升序

List

List在Collection的基础上添加了大量的方法，允许向其中插入和删除元素。

ArraysList随机访问更快，LinkedList插入和删除更快。

常用方法

get(n) : 得到第n个对象
indexOf(p) : 得到对象p的索引位置
remove(p) : 删除第一个p对象，也可以放入索引值，表示删除第几个元素
removeAll(collection) : 删除collection中包含的所有元素
subList(1, 4) : 获取[1, 4)的子串
cotainsAll(sub) : 判断是否包含sub中的所有元素
list1.retainAll(list2) : 将list1和list2的交集放置在list1中
clear() : 清空List

set(2, p) : 将第2个位置的对象换成p对象，以下两种方式并没有区别：

java

Integer p = new Integer(2);
list.set(2, p);	// 之后p指向其他对象，对list也不会有影响
list.set(2, new Integer(2));

**toArray() :**如果不加参数，默认产生的是Object类型数组，传递目标类型数据才可产生指定类型的数组
java
```
Object[] array = list.toArray();
Integer[] array = list.toArray(new Integer[0]);
```

Collections工具类中的方法：

Collections.sort(list) : 排序
Collections.shuffle(list, rand) : 按照参数中的随机数对象打乱list

在第13节的时候也讲到了一条有关Collections.shuffle()方法的注意事项：

java

Random rand = new Random();
Integer[] a = {1, 2, 3, 4, 5};

List<Integer> list1 = new ArrayList<Integer>(Arrays.asList(a));
Collections.shuffle(list1, rand);

List<Integer> list2 = Arrays.asList(a);
Collections.shuffle(list2, rand);

其实代码和Collections.shuffle()方法本身的关系倒不是很大的样子，值得注意的是list1和list2初始化方式的不同。

list1的初始化使用了ArrayList的构造器，这将创建一个a数组的副本，在打乱list1之后数组本身的顺序并不会受到影响。
list2的初始化没有用到ArrayList的构造器，这个操作没有创建a数组的副本，打乱list2之后数组本身的顺序和list2中元素顺序是完全相同的，数组内容也会被打乱

将数组转化成List时，需不需要将底层数组改变，这是需要选择的。

LinkedList

LinkedList也实现了List接口，相比ArrayList更善于对象的插入和移除操作，此外，LinkedList提供了一些额外的、用于实现栈、队列和双端队列的方法。

getFirst(), Element()和peek()：三者均返回链表头部元素，但是当链表为空时，前两个返回NoSuchElementException异常，而peek()返回null
remove(), removeFirst()和poll()：移除并返回链表的头，链表为空时，前两个返回NoSuchElementException异常，而poll()返回null
addFirst(), addLast()：将元素插在列表头部、尾部
offer()：应该是为了实现Queue接口，向队尾添加元素
pop(): 删除末尾（栈顶）元素，为了实现Deque接口，也可用于Stack实现，队列为空返回null

Stack和Queue

stack和queue是两种基本的数据结构，其实都可以使用LinkedList来实现。

Stack

在Java中已经实现了栈，可以使用导入java.util.Stack来使用，这个Stack是继承自Vector类来实现的，由于设计上的失误，这个栈并不令人满意，所以书中更倾向于使用自己使用LinkedList实现的栈：

java

import java.util.LinkedList;

public class Stack<T> {
    private LinkedList<T> strorage = new LinkedList<T>();
    public void push(T v) { storage.addFirst(v); }
    public T peek() { return storage.getFirst(); }
    public T pop() { return storage.removeFirst(); }
    public boolean empty() { return storage.isEmpty(); }
    public String toString() {  return storage.toString(); }
}

这里使用的是组合的方式，如果直接继承LinkedList，则会多出很多不需要的方法。

Queue

Queue是一个接口，LinkedList提供了实现这一接口的方法，所以可以将LinkedList向上转型为Queue。

java

Queue<Integer> queue = new LinkedList<Integer>();

PriorityQueue

优先队列，队首的元素始终是优先级最高的元素，也就是说，当使用peek()，poll()，remove()，获取的元素都将是队列中优先级最高的元素。默认的顺序是最小的优先级最高，对于字符串也是字典序最小的优先级最高，至于自定义的类，则需要使用者提供自己Comparator,第17章中会对这种情况进行详细的说明。

下面给出翻转优先级的例子：

java

priorityQueue = new PriorityQueue<Integer>(list.size(), Collections.reverseOrder);
priorityQueue.addAll(list);

也就是在创建对象的时候规定好优先级，再重新添加进原本的list。

Set

Set也是一种Collection，只是行为有所不同，其中的元素互异且唯一，Collection中的方法（add(), remove(), removeAll(), clear() 等）也适用于Set。

目前需要了解的是三种Set之间的区别（其实前面也有介绍）：

HashSet使用散列，速度最快，但是乱序
LinkedHashSet使用散列，同时也使用一个链表保持元素顺序也是add的顺序
TreeSet使用红黑树，会自动排序

Map

1. 基本语法

Map是一个和Collection不同的结构，每个空间存储的是一个键值对，书中给出的检测Random类产生的随机数随机性的代码，我认为是对Map用法的一个相当好的参考：

java

import java.util.*;

public class Statistics {
    public static void main(String[] args) {
        Random rand = new Random();
        Map<Integer, Integer> m =
                new HashMap<Integer, Integer>();
        for(int i=0; i<10000; i++) {
            int r = rand.nextInt(20);
            Integer freq = m.get(r);
            m.put(r, freq == null ? 1 : freq + 1);
        }
        System.out.println(m);
    }
}

text

{0=466, 1=508, 2=457, 3=449, 4=470, 5=495, 6=492, 7=517, 8=525, 9=547, 10=482, 11=501, 12=516, 13=521, 14=522, 15=520, 16=534, 17=480, 18=520, 19=478}

主要的用法是使用put存入一对数据，使用get(key)得到key对应的value的值。令我不解的是，这里我使用的明明是HashMap，但是输出结果为什么是按照key的大小排好序的？

知乎上找到了解释：

实现是会变的，HashSet的迭代器在输出时“不保证有序”，但也不是“保证无序”。也就是说，输出时有序也是允许的，但是你的程序不应该依赖这一点。

同样的，HashMap依靠ketSet打印结果，输出不保证有序，但是并不是一定无序。

2. 使用复合的泛型

容器之间可以互相组合，生成很强大的数据结构，譬如我们想把一个人和它的多个宠物对应起来：

java

Map<Person, List<Pet>>

3. 使用foreach遍历Map

这里就是使用上面的个人和宠物列表对应的Map，使用foreach对这个结构进行遍历：

java

for(Person person : petPeople.keySet()) {
    System.out.print(person + "has");
    for(Pet pet : petPeople.get(person))
        System.out.print("  " + pet);
}

我们可以通过keySet产生一个由key组成的集合，这是一种Collection，所以可以使用foreach遍历一个HashMap中的所有key。

常用的将Map向Collection转化的方法有以下三种：

java

public Set<K> keySet()
public Collection<V> values()
public Set<Map.Entry<K, V>> entrySet()

// 使用Entry遍历：Iterator it = map.entrySet().iterator()的方式，利用迭代器遍历
例：
Integer key, value;
Iterator<Map.Entry<Integer, Integer>> it = m.entrySet().iterator();
while(it.hasNext()) {
    Map.Entry<Integer, Integer> entry = it.next();
    System.out.print(entry.getKey() + "=" + entry.getValue() + ", ");
}

迭代器

有关迭代器的使用书中使用了分散的三节来讲述，这里我把它们汇总一下：

迭代器的基本使用

迭代器是一个对象，它的工作是遍历并选择序列中的对象，而客户端程序员不必知道或关心该序列底层的结构。

1. Iterator

是一个只能单向移动的迭代器，方法有：

iterator(): 可以让容器返回一个Iterator对象，这个对象准备好返回序列的第一个元素。
next(): 获取序列中的下一个元素。
hasNext(): 判断序列中是否还有元素。
remove(): 将迭代器返回的元素清除（清除由next()产生的最后一个元素）。

ps: 其实如果不打算修改序列本身，使用foreach语法遍历会更加方便。

2. ListIterator

ListIterator是一个比Iterator拥有更多功能的迭代器，支持双向移动，也可以通过listIterator(n)形式的构造器创建一个一开始就指向列表索引为n处的ListIterator，使用示例如下：

java

ListIterator<Pet> it = pets.listIterator();
while(it.hasNext())
    System.out.print(it.next() + ", " + it.nextIndex() + ", " + it.previousIndex() + "; ");
System.out.println();
// 后向移动
while(it.hasPrevious())
    System.out.print(it.previous().id() + " ");
System.out.println();
System.out.println(pets);
it = pets.listItertor(3);	// 创建一个初始位置为3的ListIterator

其实就是在原本只有“next”的基础上加上了对应的“previous”方法，实现了双向移动。

Collection和Iterator

Collection是描述所有序列容器的共性的根接口。

C++容器没有公共的基类，只能使用Iterator来表示容器之间的共性。但是在Java中，容器既有公共基类，也有迭代器的存在，且这两者是绑定在一起的，只要实现Collection接口就意味着必需实现iterator()方法。

当实现一个不是Collection的外部类的时候，让它去实现Collection接口中的所有方法是十分困难的。这时候我们有两种选择：

继承AbstractCollection类，实现其中的iterator()和size()方法（注意iterator()的返回值是Iterator<T>，书中给出的例子一般都是返回一个匿名内部类）
继承这个类，并创建迭代器。这种方法适用于原本的类已经继承了其他类，所以不能再继承AbstractCollection的情况下。

生成Iterator是将队列与消费队列的方法连接在一起耦合度的最小的方式，并且与实现Collection相比，它在序列上所施加的约束也少得多。

Foreach与迭代器

实现Iterable接口

目前我们知道的是，foreach语法可以用于数组和所有的Collection。Collection能使用Foreach语法，其实是因为Collection接口继承了Iterable接口，该接口中包含了一个能产生Iterator的iterator()方法，这里的Iterator被foreach用来遍历整个序列。所以如果我们创建了一个实现了Iterable接口的类，那么这个类其实也是可以使用foreach语法的。

java

import java.util.*;

public class IterableClass implements Iterable<String> {
    protected String[] words = ("And that is how" + "we know the Earth to be banana-shaped.").split(" ");
    public Iterator<String> iterator() {
        return new Iterator<String>() {
            private int index = 0;
            @Override
            public boolean hasNext() {
                return index < words.length; }
            @Override
            public String next() {
                return words[index++];
            }
            public void remove() {	// remove()方法是可选方法，也可以不用写这一个方法
                throw new UnsupportedOperationException();
            }
        };
    }
    public static void main(String[] args) {
        for(String s : new IterableClass())
            System.out.print(s + " ");
    }
}

text

And that is howwe know the Earth to be banana-shaped.

通过上面的例子我们知道，实现了Iterator接口中的hasNext()和next()这两个方法就足够了，因为foreach语法其实也就只依赖这两个方法。

使用Foreach语句遍历Map是比创建一个迭代器、再使用迭代器遍历更方便，还以上面的使用Entry遍历Map的方式为例，我们将使用迭代器遍历改为使用foreach遍历：

java

for(Map.Entry entry : m.entrySet())
    System.put.print(entry.getKey() + "=" + entry.getValue() + ", ");

不用使用者自己去创建迭代器遍历，这种写法无疑是更加简洁易读的。

ps: 实现Iterable接口是能使用foreach的充分条件，但不是必要条件，数组没有实现这个接口，却依然可以使用foreach。

适配器的使用

当有一个接口并需要另一个接口的时候，就可以使用适配器。下面的例子中，我们需要让一个ArrayList能使用foreach正序遍历，也能使用foreach倒序遍历。因为ArrayList本就已经实现了Iterable接口（能够然foreach对其正序遍历），且ArrayList的代码我们已经无法再改变，所以书中选择使用一个适配器类继承ArrayList，并在这个类中使用匿名内部类实现Iterable接口，从而达到能够使用foreach倒序遍历ArrayList的目的。

java

import java.util.*;

class ReversibleArrayList<T> extends ArrayList<T> {
    public ReversibleArrayList(Collection<T> c) { super(c); }
    public Iterable<T> reversed() {
        return new Iterable<T>() {
            @Override
            public Iterator<T> iterator() {
                return new Iterator<T>() {
                    int current = size() - 1;
                    public boolean hasNext() { return current > -1; }
                    public T next() { return get(current--); }
                    public void remove() {
                        throw new UnsupportedOperationException();
                    }
                };
            }
        };
    }
}

public class AdapterMethodIdiom {
    public static void main(String[] args) {
        ReversibleArrayList<String> ral = new ReversibleArrayList<String>(
                Arrays.asList("To be or not to be".split(" ")));
        for(String s : ral)
            System.out.print(s + " ");
        System.out.println();
        for(String s : ral.reversed())
            System.out.print(s + " ");
        System.out.println();
    }
}

text

To be or not to be
be to not or be To

上面的代码中其实使用了两个匿名内部类：

外面的内部类用来实现Iterable接口，在这个接口中需要实现iterator()方法。
里面的内部类则是用来满足iterator()方法所需要的返回类型，即Iterator<T>，内部类中需要实现这个接口，提供hasNext()和next()方法。

《Java编程思想》读书笔记 —— 第11章 持有对象

泛型和类型安全的容器 ​

基本概念 ​

添加一组元素 ​

容器的打印 ​

List ​

常用方法 ​

LinkedList ​

Stack和Queue ​

Stack ​

Queue ​

PriorityQueue ​

Set ​

Map ​

迭代器 ​

迭代器的基本使用 ​

Collection和Iterator ​

Foreach与迭代器 ​

实现Iterable接口 ​

适配器的使用 ​

《Java编程思想》读书笔记 —— 第11章持有对象

泛型和类型安全的容器

基本概念

添加一组元素

容器的打印

List

常用方法

LinkedList

Stack和Queue

Stack

Queue

PriorityQueue

Set

Map

迭代器

迭代器的基本使用

Collection和Iterator

Foreach与迭代器

实现Iterable接口

适配器的使用