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JAVA入門之資料結構（Set集合）筆記（36）

2021-10-17 08:19:51 後端開發

JAVA資料結構之Set集合

一、Set集合概論和特點

Set集合特點

  • 不包含重復元素的集合
  • 沒有帶索引的方法，所以不能使用普通for回圈遍歷

Set集合是一個介面，不能物體化，所以若要物體化，則需要找到它的實作類——HashSet

二、HashSet

該類實作Set介面，由哈希表（實際為HashMap實體）支持， 對集合的迭代順序不作任何保證; 特別是，它不能保證訂單在一段時間內保持不變， 這個類允許null元素，

遍歷字串演示

package Set;

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class SetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Set<String> set = new HashSet<String>();
        // 增加資料
        set.add("Hello");
        set.add("World");
        set.add("java");
        //增強for回圈輸出
        for (String s : set){
            System.out.println(s);
        }
    }
}

輸出結果

java
Hello
World

輸入資料的時候，按照的順序是Hello、World、java，但是輸出的順序是java、Hello、World，因此這個例子就驗證了HashSet對集合的迭代順序不作任何保證

因此，HashSet的特點是

  1. 底層資料結構是哈希表
  2. 對集合的迭代不作任何保證，也就是說不保證存盤和取出來的元素順序一樣
  3. 沒有帶索引方法，所以不可能用for回圈遍歷
  4. 由于是Set集合，所以不包含重復元素的集合

三、HashSet集合保證元素唯一性的原始碼分析

package Set;

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

public class SetDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Set<String> set = new HashSet<String>();
        // 增加資料
        set.add("Hello");
        set.add("World");
        set.add("java");
        //增強for回圈輸出
        for (String s : set){
            System.out.println(s);
        }
    }
}

//------------------------------------------------
/*
	原始碼
	比如添加字串Hello
*/
	//1、傳輸引數過來，e就是"Hello",呼叫一個put方法，然后回傳
    public boolean add(E e) {
        return map.put(e, PRESENT)==null;
    }

	//2、在put方法中，先呼叫一個hash方法，計算出key（也就是add方法里面的引數e）的哈希值
	//4、接收到hash方法回傳的"Hello"的哈希值后，然后呼叫putVal方法  
    public V put(K key, V value) {
        return putVal(hash(key), key, value, false, true);
    }
	
	//3、key（也就是add方法中的e）通過hashCode方法，計算出key的哈希值，回傳到put方法中
    static final int hash(Object key) {
        int h;
        return (key == null) ? 0 : (h = key.hashCode()) ^ (h >>> 16);
    }

	//5、這是的形參hash就是指"Hello"的哈希值，而key就是"Hello"
final V putVal(int hash, K key, V value, boolean onlyIfAbsent,
                   boolean evict) {
        Node<K,V>[] tab; Node<K,V> p; int n, i;
    
    	//6、如果這個哈希表未初始化，就對其初始化
        if ((tab = table) == null || (n = tab.length) == 0)
            n = (tab = resize()).length;
    	//7、根據物件的哈希值計算物件的存盤位置，如果該位置為null（說明有元素），則存盤元素（new一個結點存盤進去）
        if ((p = tab[i = (n - 1) & hash]) == null)
            tab[i] = newNode(hash, key, value, null);
        else {
            Node<K,V> e; K k;
            /*
            	8、通過前面比較如果執行到這里，說明該存盤位置有元素，那么就比較存入的元素和以前的元素的哈希值
            		這是一個短路運算子，如果前面為false，那么后面不會執行
            		8.1、如果這兩個哈希值不同，那么回傳false，if不成立，繼續向下執行，把元素添加到集合
            		8.2、如果哈希值相同，那么會執行(k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k)))
            			首先進行物件的比較（比較地址），如果兩個地址值相同，那么說明這兩個是同一個元素，
            			如果地址值不相同，那就呼叫equal方法，判斷這兩個元素的內容是否一樣（兩個元素哈希值一樣），如果一樣則						不存入集合，如果不一樣，那么則把元素添加到集合中
            */
            if (p.hash == hash &&
                ((k = p.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                e = p;
            //這個else if先不用看
            else if (p instanceof TreeNode)
                e = ((TreeNode<K,V>)p).putTreeVal(this, tab, hash, key, value);
            else {
                for (int binCount = 0; ; ++binCount) {
                    if ((e = p.next) == null) {
                        p.next = newNode(hash, key, value, null);
                        if (binCount >= TREEIFY_THRESHOLD - 1) // -1 for 1st
                            treeifyBin(tab, hash);
                        break;
                    }
                    if (e.hash == hash &&
                        ((k = e.key) == key || (key != null && key.equals(k))))
                        break;
                    p = e;
                }
            }
            if (e != null) { // existing mapping for key
                V oldValue = e.value;
                if (!onlyIfAbsent || oldValue == null)
                    e.value = value;
                afterNodeAccess(e);
                return oldValue;
            }
        }
        ++modCount;
        if (++size > threshold)
            resize();
        afterNodeInsertion(evict);
        return null;
    }

簡單概括來說就是以下幾步

  1. 先如果兩個元素存盤位置不相同，那么直接把元素添加到集合即可
  2. 如果兩個元素存盤位置相同，那么比較兩個元素的哈希值
  3. 如果兩個元素的哈希值不一樣，那么存盤進去
  4. 如果兩個元素的哈希值一樣，那么比較兩個元素的內容
  5. 如果兩個元素的內容一樣，那么不添加進集合
  6. 如果兩個元素的內容不一樣，那么不用添加進集合

HashSet集合之所以可以一個位置存盤多個元素，那是因為HashSet集合整體是陣列結構，而每個位置上是鏈式結構，所以一個位置能存盤多個元素

四、哈希值

哈希值：是JDK根據物件地址或者字串或者數字算出來的int型別的數值

因此在Object類中有一個方法可以獲取物件的哈希值

  • public int hashCode() ：回傳物件的哈希碼值

哈希值的特點在代碼中體現

package CodeDemo;
/*
	學生物件類
*/
public class Student {
    private int age;
    private String name;

    public  Student(){}

    public Student(int age, String name) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}

package CodeDemo;

public class CodeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student(18, "劉德華");
        Student s2 = new Student(18, "劉德華");
        Student s3 = new Student(20, "周星馳");

        //同一物件多次呼叫hashCode（）方法回傳的哈希值是相同的
        System.out.println(s1.hashCode());
        System.out.println(s1.hashCode());
        System.out.println("----------------------");

        //默認情況下，不同物件的哈希值是不同的
        //可以通過方法重寫，可以實作不同物件的哈希值相同
        System.out.println(s2.hashCode());
        System.out.println(s3.hashCode());
        System.out.println("----------------------");

        //不同的字串對應的哈希值也是不同的
        System.out.println("Hello".hashCode());
        System.out.println("World".hashCode());
        System.out.println("----------------------");

        //但相同的字串對應的哈希值是相同的
        System.out.println("JAVA".hashCode());
        System.out.println("JAVA".hashCode());
        System.out.println("----------------------");

        //不同漢字的哈希值可能一樣
        System.out.println("重地".hashCode());
        System.out.println("通話".hashCode());
        System.out.println("中秋".hashCode());
    }
}

運行結果

149928006
149928006
----------------------
713338599
168423058
----------------------
69609650
83766130
----------------------
2269730
2269730
----------------------
1179395
1179395
651582

五、HashSet學生實體應用

需求：創建一個存盤學生物件的集合，存盤多個學生物件，使用程式遍歷

要求：學生物件的成員變數值相同，認為是同一個物件

思路

  1. 定義學生類
  2. 創建HashSet集合物件
  3. 創建學生物件
  4. 把學生添加到集合
  5. 遍歷集合（增強for）
  6. 在學生類中重寫兩個方法（hashCode（）和equals（））

代碼實作

package CodeDemo;
/*
	學生類
*/
import java.util.Objects;

public class Student {
    private int age;
    private String name;

    public  Student(){}

    public Student(int age, String name) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "age=" + age +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Student student = (Student) o;
        return age == student.age &&
                Objects.equals(name, student.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(age, name);
    }
}


package CodeDemo;
/*
	測驗類
*/
import java.util.HashSet;
import java.util.Iterator;

public class HashDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Student s1 = new Student(19, "成龍");
        Student s2 = new Student(20, "劉德華");
        Student s3 = new Student(20, "劉德華");

        HashSet<Student> hashSet = new HashSet<Student>();

        hashSet.add(s1);
        hashSet.add(s2);
        hashSet.add(s1);
        hashSet.add(s3);

        for (Student s : hashSet){
            System.out.println(s);
        }

        Iterator<Student> iterator = hashSet.iterator();
        while (iterator.hasNext()){
            Student s = iterator.next();
            System.out.println(s);
        }
    }
}

運行結果

Student{age=19, name='成龍'}
Student{age=20, name='劉德華'}
Student{age=19, name='成龍'}
Student{age=20, name='劉德華'}

為什么要重寫hashCode方法呢？？？

那是因為hashcode重寫的好還可以提升hashset的效率

六、LinkedHashSet集合概述和特點

特點

  1. 哈希表和鏈式實作的Set介面，具有可預測的迭代次序
  2. 由鏈式保證元素有序，也就是說元素的存盤和取出順序是一致的
  3. 由哈希表保證元素唯一，也就是說沒有重復的元素
package CodeDemo;

import java.util.LinkedHashSet;

public class LinkDemo {
    public static void main(String[] args) {
        LinkedHashSet<String> linkedHashSet = new LinkedHashSet<>();
        linkedHashSet.add("Hello");
        linkedHashSet.add("World");
        linkedHashSet.add("java");
        linkedHashSet.add("Hello");

        for (String s : linkedHashSet){
            System.out.println(s);
        }
    }
}


Hello
World
java

七、TreeSet集合概述和特點

TreeSet集合特點

TreeSet 會呼叫集合元素的 compareTo(Object obj) 方法來比較元素之間的大小關系，然后將集合元素按升序排列

  1. 元素有序，但是這里的順序值得不是存盤和取出順序，而是按照一定的規則進行排序，具體排序方式取決于構造方法

    TreeSet()：根據其元素的自然排序進行排序（自然排序是指ABCD這樣的順序）

    TreeSet(Comparator comparator)：根據指定的比較器進行排序

  2. 沒有帶索引的方法，所以不能使用普通的for回圈遍歷

  3. 由于是Set集合，所以不包含重復元素的集合

package CodeDemo;

import java.util.TreeSet;

public class TreeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //創建集合物件
        //集合存盤的是物件（參考型別），所以存盤整數應該存盤Inerger
        TreeSet<Integer> tree = new TreeSet<Integer>();

        //添加資料
        tree.add(10);
        tree.add(100);
        tree.add(1000);
        tree.add(10);
        tree.add(1);

        for (int num : tree){
            System.out.println(num);
        }
    }
}

輸出結果

1
10
100
1000

由結果可見，輸出的資料沒有重復的資料

并且輸入的順序是10、100、1000、1，但是輸出的順序是1、10、100、1000，所以可證明TreeSet( )根據其元素的自然排序進行排序.

八、自然排序Comparable的使用

從例子中體會其作用

  • 存盤學生物件并遍歷，創建TreeSet集合使用無參構造方法
  • 要求：按照年齡從小到大排序，年齡相同時，按照姓名的字母順序排序
package CodeDemo;
/*
    學生類
 */
import java.util.Objects;

public class Student implements Comparable<Student> {
    private int age;
    private String name;

    public  Student(){}

    public Student(int age, String name) {
        this.age = age;
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "age=" + age +
                ", name='" + name + '\'' +
                '}';
    }

    @Override
    public boolean equals(Object o) {
        if (this == o) return true;
        if (o == null || getClass() != o.getClass()) return false;
        Student student = (Student) o;
        return age == student.age &&
                Objects.equals(name, student.name);
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return Objects.hash(age, name);
    }

    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        //return 0; 表示相同
        //return 1; 表示從小到大排序
        //return -1; 表示從大到小排序
        //按照年齡從小到大排序
        int num = this.age - o.age;
        //年齡相同時候，按照姓名字母順序排序
        int num2 = num == 0? this.name.compareTo(o.name) : num;
        return num2;
    }
}

package CodeDemo;

import java.util.TreeSet;

public class ComparableDemo {
    public static void main(String[] args) {
        //創建集合物件
        TreeSet<Student> treeSet = new TreeSet<Student>();

        //創建學生物件
        Student s1 = new Student(19, "小明");
        Student s2 = new Student(20, "小紅");
        Student s3 = new Student(20, "小白");

        //添加到集合中
        treeSet.add(s1);
        treeSet.add(s2);
        treeSet.add(s3);
        treeSet.add(s1);

        for (Student s : treeSet){
            System.out.println(s);
        }
    }
}

n’n’n

運行結果

Student{age=19, name='小明'}
Student{age=20, name='小白'}
Student{age=20, name='小紅'}

結論

  • 用TreeSet集合存盤自定義物件，無參構造方法使用的是自然排序對元素進行排序
  • 自然排序，就是讓元素所有的類實作Comparable介面，重寫compareTo（T o）方法
  • 重寫方法時，一定要注意排序規則必須按照要求的主要條件和次要條件來寫

九、比較器排序Comparator

TreeSet(Comparator<? super E> comparator)構造一個新的，空的樹集，根據指定的比較器進行排序，

為了方便，這里可以運用匿名內部類的知識去解決

package TEXT;
/*
    學生類
 */

public class Student {
    private String name;
    private int age;

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

package TEXT;

import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        //創建集合物件
        TreeSet<Student> treeSet = new TreeSet<Student>(new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student o1, Student o2) {
                int num = o1.getAge() - o2.getAge();
                int num2 = num == 0? o1.getName().compareTo(o2.getName()) : num;
                return num2;
            }
        });

        //創建學生物件
        Student s1 = new Student("小明", 19);
        Student s2 = new Student("小紅", 20);
        Student s3 = new Student("小白", 20);

        //添加到集合中
        treeSet.add(s1);
        treeSet.add(s2);
        treeSet.add(s3);
        treeSet.add(s1);

        for (Student s : treeSet){
            System.out.println(s);
        }
    }
}

運行結果

Student{name='小明', age=19}
Student{name='小白', age=20}
Student{name='小紅', age=20}

結論

  • 用TreeSet集合存盤自定義物件，帶參構造方法使用是比較器排序對元素進行排序的
  • 比較器排序，就是讓集合構造方法接收Comparator的實作類物件重寫compare（T o1， T o2）方法
  • 重寫方法時，一定要注意排序規則必須按照要求的主要條件和次要條件來寫

轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/houduan/319700.html

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