13Java集合架構、泛型與實用API.pdf

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(1)Java 集合架構、泛型與實用 API 王元俊 Wang Yuan-Jiun [email protected] 1.

(2) 學習目標 • • • •. 集合 (Collection) 的概念什麼是泛型 (Generics) Collection 介面 Map 介面. 2.

(3) 3.

(4) 4.

(5) 集合 (Collection) (1) • 集合用來描述與存放一群物件。集合中的物件稱之為元素 (Element)。 • 集合的四個特性  排序性 (Sorted)：集合元素依照某種順序排序。  順序性 (Ordered)：資料具有特定的順序擺放與取出。  重複性 (Duplicates)：是否允許存放重複物件在集合中。  鍵值 (Use Key)：使用鍵值來參考到真正物件所存放的位置。每一個在集合元素中所存放的物件都有相對應的鍵值，鍵值必須唯一，每一個鍵值最多只能對應一個元素。 5.

(6) 集合 (2) • 操作集合物件的內部元素資料，需要以下三項技巧：  增加或移除元素。  找出並取出指定元素。  在集合中使用走訪器 (Iterator)，也就是能找到前一個或下一個的功能。. 6.

(7) 泛型 (Generics) (1) • 泛型提出的動機很簡單直接：發明一種機制，能夠實現通用的標準容器 (Container) 庫。 • 通用的標準容器庫，就是要能夠做到存放所有可能的類別。 • 泛型讓程式設計能編寫一般化的資料型態，具有可重複使用的演算法，其效率與針對某特定資料型態而設計的演算法相同。. 7.

(8) 泛型 (2) • Java 中所有定義的類別，都以 Object 為最上層的父類別。 • 因此可以設計一個容器類別，例如集合物件，裡面放置 Object 型別的物件。 • 但是，大多數容器內的資料，其資料型態都是相同的；而且 Object 型別的物件在使用時，計算需要經過型別轉換。 • 泛型提供編譯時期容器內的物件資料型態檢查，以及高效率的計算演算法。. 8.

(9) 泛型語法泛型類別<資料型別> 變數名稱 = new 泛型類別<資料型別>();. • 宣告與建立物件時，使用角括號告知編譯器，此物件的資料型別，不需使用小括號轉換型態。 • 使用了宣告泛型的類別而不做資料型別宣告，會使用 Object，也就是回歸沒有使用泛型前的做法。 • 範例 ArrayList<String> myAryList = new ArrayList<String>(); // 指定元素為 String 型別 9.

(10) Collection 介面 • Java 集合物件的共同行為定義在 Collection 介面。 <<interface>> Collection. <<interface>> List. ArrayList LinkedList. <<interface>> Set. <<interface>> Queue. <<interface>> Deque. • 集合物件時依不同的需求實作介面，建立新的類別。 10.

(11) Collection 介面家族簡介 • List 介面  記錄每個物件的索引順序，並可依索引取回物件。  List 是類似陣列的集合，每一個集合元素都有像陣列一樣的索引值，並且可以在加入集合元素時就給定索引值。 • Set 介面：集合的物件無順序性、元素與元素之間不得重複，具有集合的行為。 • Queue 介面：物件以佇列方式處理，物件由尾端加入，從前端取得物件。 • Deque 介面：對 Queue 的兩端進行加入、移除等操作。. 11.

(12) ArrayList 類別簡介 • ArrayList 類別  集合物件具有索引順序，實作方式之一是使用陣列；而以陣列實作 List 的就是 ArrayList 類別。  ArrayList 可以自由地擴增容量。  實作時用 add() 與 get() 二個方法來置入與取出元素物件。. 12.

(13) Array 與 ArrayList 比較 Array. ArrayList. 初始陣列資依使用者宣告所決均為 Object 型態料型別定所有元素均為相同 Object 可接受的資資料型別資料型別料型別一維、二維或多維維度只能一維 (dimension) 均可引用套件 java.util.Arrays java.util.ArrayList 佔用記憶體較小較大空間明確知道存放的資需要存放不同的資料個數，而且資料料型別元素，而且使用時機型別相同。元素個數不確定。 13.

(14) LinkedList 類別簡介 • LinkedList 類別  具有雙向連結串列 (Doubly-Linked List) 特性的集合物件。  LinkedList 與 ArrayList 一樣具有索引順序。  在走訪元素的效率上比 ArrayList 差。  但在新增與刪除元素的機制上會比 ArrayList 好。. 14.

(15) ArrayList 類別 (1) • 建立 ArrayList 物件，語法 ArrayList<資料型別> 變數名稱 = new ArrayList<資料型別>();. – 範例： ArrayList myAryList = new ArrayList(); // 未指定元素的型別（建議要指定型別） ArrayList<String> myAryList = new ArrayList<String>(); // 指定元素為 String 型別 ArrayList<String> myAryList = new ArrayList<>(); 15 // 也可以這樣寫.

(16) ArrayList 類別 (2) • 加入元素，用 add() 方法 String s = new String(); myAryList.add(s);. • 取得 ArrayList 容器物件中有的元素個數，用 size() 方法 int theSize = myAryList.size();. • 取得索引值位置的元素，用 get() 方法 String str = myAryList.get(1); // 取得索引值 1 的元素 16.

(17) ArrayList 類別 (3) • 查詢是否有特定元素，用 contains() 方法 boolean isIn = myAryList.contains(s); // 若有 s 字串則回傳 true，否則 false. • 查詢特定元素索引值用 indexOf() 方法 int idx = myAryList.indexOf(s); // 回傳索引值，索引從 0 開始. • 判斷 ArrayList 是否為空的，用 isEmpty() 方法 boolean empty = myAryList.isEmpty(); // 回傳 true 或 false 17.

(18) ArrayList 類別 (4) • 刪除特定元素，用 remove() 方法 myAryList.remove(s);. • 指定索引值位置的元素內容，用 set() 方法 myAryList.set(0, "Zero");. – 注意：插入的索引值必須是已經存在的元素，否則執行時會產生例外 IndexOutOfBoundsException。. 18.

(19) ArrayList 類別 (5) • 複製 ArrayList 的元素到陣列，用 toArray() 方法。 String [] array = {}; array = myAryList.toArray(array);. • 清除 ArrayList 中的所有元素，用 clear() 方法。 myAryList.clear();. • 排序，用 Collections.sort() 方法 Collections.sort(myAryList); 19.

(20) 範例：ArrayListExample.java (1). 20.

(21) 範例：ArrayListExample.java (2). 21.

(22) ArrayListExample.java 執行結果. 22.

(23) 練習 1. 寫一個函數完成十進位數字轉換為二、四、八、十六等四種進位制的數值。  應用堆疊 (Stack) 的概念來存放數字基底轉換的結果，轉換完成後，再將 Stack 內的資料一一取出，做為結果顯示。  使用 Array List 物件做為堆疊。  以 18 測試結果如下：. 23.

(24) LinkedList 類別 (1) • LinkedList 類別與 ArrayList 類別都實作 List 介面，所以 ArrayList 類別具有的方法，在 LinkedList 類別都有實作。 – 也就是 ArrayList 類別有的方法，在 LinkedList 類別也可以用，例如，用 get() 取得索引值位置的元素等功能。 • LinkedList 類別也實作 Queue 介面，所以還增加了佇列操作的方法。. 24.

(25) LinkedList 類別 (2) • 操作方法  addFirst()、addLast() 範例：myLinkedList.addFirst("Sunday"); myLinkedList.addLast("Saturday");.  getFirst()、getLast() 範例：String strFirst = myLinkedList.getFirst(); String strLast = myLinkedList.getLast();.  removeFirst()、removeLast() 範例：myLinkedList.removeFirst(); myLinkedList.removeLast(); 25.

(26) LinkedList 範例 • LinkedListExample1.java 類似於 ArrayListExample.java，用 LinkedList 實作。 • LinkedListExample2.java. 26.

(27) LinkedListExample2.java. 27.

(28) Map 介面 • 實作 Map 介面的容器 (Container) 物件，物件元素都會以 Key-Value 的方式儲存。 – 也就是說，存入每一個物件，都要給定一個唯一的鍵值 (Key)，透過用鍵值去取得相對應物件的值 (Value)。 <<interface>> Map. AbstractMap HashMap. TreeMap. Dictionary. Hashtable. 28.

(29) Collection 與 Map 的區別 1. 容器內每個儲存的元素個數不同。 2. Collection：每個索引值位置只有一個元素。 3. Map：以 Key-Value 對儲存，Key 類似於索引值功能，Key 的型別不限於整數。. 29.

(30) Map 介面常見的實作類別 • 常見的實作類別為 HashTable 與 HashMap。  HashMap 類別：除了不同步和允許使用 null 鍵值之外，與 Hashtable 大致相同。  TreeMap 類別：類似 HashMap 類別，但元素會依鍵值由小至大排序。  Hashtable 類別：此類別是實現同步的，不允許使用 null 鍵值。. 30.

(31) HashMap 類別 (1) • 建立 HashMap 物件，語法 HashMap<鍵值型別, 物件值的型別> HashMap物件名稱 = new HashMap< > (); HashMap<String, String> myHashMap = new HashMap<>();. • put() 方法：放入物件，必須同時指定 Key 與 Value。 myHashMap.put("Sunday", "星期日");. • get() 方法：指定 Key，取得對應 Key 的 Value。 String str = myHashMap.get("Monday"); // str為 "星期一". 31.

(32) HashMap 類別 (2) • values() 方法：取得一個實作 Collection 的物件，當中包括所有的 Value 物件。 // 印出 myHashMap 中所有的內容值 for (String s : myHashMap.values()) System.out.print(s + " ");. – 說明：印出內容順序與原先放入順序可能不相同。如果要依照原先插入順序，則可用 java.util.LinkedHashMap，它是 HashMap 的子類別，在使用 values() 所傳回的 Collection 物件，其內容順序為放入物件之順序。 32.

(33) HashMap 類別 (3) • 取得 HashMap 容器物件中有的元素個數，用 size() 方法 int numElement = myHashMap.size();. • • • •. containsKey() 方法：傳回是否鍵值有 Key。 containsValue() 方法：傳回是否鍵值有 Value。 remove() 方法：刪除 Key-Value 對 clear() 方法：刪除所有的 Key-Value 對. 33.

(34) 範例：HashMapExample.java. 34.

(35) HashMapExample.java 執行結果. 35.

(36) 實作 Map 物件 • 語法 Map<鍵值型別, 物件值的型別> Map 物件名稱 = new 實作 Map 介面的類別< > ();. • 範例 – 宣告一容器資料結構 Map 之變數 m，其 Key 值型態為字串，Value 值型態為整數。 Map<String, Integer> m = new HashMap<> (); 注意，不要寫成 Map<String, Integer> m = new Map<> ();. 36.

(37) Map 物件操作 – 資料 {''a'', 7}, {''b'', -21}, {''z'', 11} 加入此 Map m。 m.put("a", 7); m.put("b", -21); m.put("z", 11);. – 將此 Map m 中 Key 值為 "b" 之項目移除 m.remove("b");. 37.

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