當你用着java裏面的容器類很爽的時候,你有沒有想過,怎麼ArrayList就像一個無限擴充的數組,也好像鏈表之類的。好用嗎?好用,這就是數據結構的用處,只不過你在不知不覺中使用了。java
現實世界的存儲,咱們使用的工具和建模。每種數據結構有本身的優勢和缺點,想一想若是Google的數據用的是數組的存儲,咱們還能方便地查詢到所須要的數據嗎?而算法,在這麼多的數據中如何作到最快的插入,查找,刪除,也是在追求更快。node
咱們java是面向對象的語言,就好似自動檔轎車,C語言好似手動檔吉普。數據結構呢?是變速箱的工做原理。你徹底能夠不知道變速箱怎樣工做,就把自動檔的車子從 A點 開到 B點,並且未必就比懂得的人慢。寫程序這件事,和開車同樣,經驗能夠起到很大做用,但若是你不知道底層是怎麼工做的,就永遠只能開車,既不會修車,也不能造車。固然了,數據結構內容比較多,細細的學起來也是相對費功夫的,不可能達到一蹴而就。咱們將常見的數據結構:堆棧、隊列、數組、鏈表和紅黑樹 這幾種給你們介紹一下,做爲數據結構的入門,瞭解一下它們的特色便可。程序員
數據存儲的經常使用結構有:棧、隊列、數組、鏈表和紅黑樹。咱們分別來了解一下:算法
簡單的說:採用該結構的集合,對元素的存取有以下的特色數組
這裏兩個名詞須要注意:數據結構
簡單的說,採用該結構的集合,對元素的存取有以下的特色:ide
簡單的說,採用該結構的集合,對元素的存取有以下的特色:工具
增刪元素慢性能
簡單的說,採用該結構的集合,對元素的存取有以下的特色:學習
增刪元素快:
簡單的理解,就是一種相似於咱們生活中樹的結構,只不過每一個結點上都最多隻能有兩個子結點。
二叉樹是每一個節點最多有兩個子樹的樹結構。頂上的叫根結點,兩邊被稱做「左子樹」和「右子樹」。
如圖:
咱們要說的是二叉樹的一種比較有意思的叫作紅黑樹,紅黑樹自己就是一顆二叉查找樹,將節點插入後,該樹仍然是一顆二叉查找樹。也就意味着,樹的鍵值仍然是有序的。
紅黑樹的約束:
紅黑樹的特色:
速度特別快,趨近平衡樹,查找葉子元素最少和最屢次數很少於二倍
咱們掌握了Collection接口的使用後,再來看看Collection接口中的子類,他們都具有那些特性呢?
接下來,咱們一塊兒學習Collection中的經常使用幾個子類(java.util.List
集合、java.util.Set
集合)。
java.util.List
接口繼承自Collection
接口,是單列集合的一個重要分支,習慣性地會將實現了List
接口的對象稱爲List集合。在List集合中容許出現重複的元素,全部的元素是以一種線性方式進行存儲的,在程序中能夠經過索引來訪問集合中的指定元素。另外,List集合還有一個特色就是元素有序,即元素的存入順序和取出順序一致。
看完API,咱們總結一下:
List接口特色:
tips:咱們在基礎班的時候已經學習過List接口的子類java.util.ArrayList類,該類中的方法都是來自List中定義。
List做爲Collection集合的子接口,不但繼承了Collection接口中的所有方法,並且還增長了一些根據元素索引來操做集合的特有方法,以下:
public void add(int index, E element)
: 將指定的元素,添加到該集合中的指定位置上。public E get(int index)
:返回集合中指定位置的元素。public E remove(int index)
: 移除列表中指定位置的元素, 返回的是被移除的元素。public E set(int index, E element)
:用指定元素替換集合中指定位置的元素,返回值的更新前的元素。List集合特有的方法都是跟索引相關,咱們在基礎班都學習過,那麼咱們再來複習一遍吧:
public class ListDemo { public static void main(String[] args) { // 建立List集合對象 List<String> list = new ArrayList<String>(); // 往 尾部添加 指定元素 list.add("圖圖"); list.add("小美"); list.add("不高興"); System.out.println(list); // add(int index,String s) 往指定位置添加 list.add(1,"沒頭腦"); System.out.println(list); // String remove(int index) 刪除指定位置元素 返回被刪除元素 // 刪除索引位置爲2的元素 System.out.println("刪除索引位置爲2的元素"); System.out.println(list.remove(2)); System.out.println(list); // String set(int index,String s) // 在指定位置 進行 元素替代(改) // 修改指定位置元素 list.set(0, "三毛"); System.out.println(list); // String get(int index) 獲取指定位置元素 // 跟size() 方法一塊兒用 來 遍歷的 for(int i = 0;i<list.size();i++){ System.out.println(list.get(i)); } //還可使用加強for for (String string : list) { System.out.println(string); } } }
java.util.ArrayList
集合數據存儲的結構是數組結構。元素增刪慢,查找快,因爲平常開發中使用最多的功能爲查詢數據、遍歷數據,因此ArrayList
是最經常使用的集合。
許多程序員開發時很是隨意地使用ArrayList完成任何需求,並不嚴謹,這種用法是不提倡的。
java.util.LinkedList
集合數據存儲的結構是鏈表結構。方便元素添加、刪除的集合。
LinkedList是一個雙向鏈表,那麼雙向鏈表是什麼樣子的呢,咱們用個圖瞭解下
實際開發中對一個集合元素的添加與刪除常常涉及到首尾操做,而LinkedList提供了大量首尾操做的方法。這些方法咱們做爲了解便可:
public void addFirst(E e)
:將指定元素插入此列表的開頭。public void addLast(E e)
:將指定元素添加到此列表的結尾。public E getFirst()
:返回此列表的第一個元素。public E getLast()
:返回此列表的最後一個元素。public E removeFirst()
:移除並返回此列表的第一個元素。public E removeLast()
:移除並返回此列表的最後一個元素。public E pop()
:今後列表所表示的堆棧處彈出一個元素。public void push(E e)
:將元素推入此列表所表示的堆棧。public boolean isEmpty()
:若是列表不包含元素,則返回true。LinkedList是List的子類,List中的方法LinkedList都是可使用,這裏就不作詳細介紹,咱們只須要了解LinkedList的特有方法便可。在開發時,LinkedList集合也能夠做爲堆棧,隊列的結構使用。(瞭解便可)
方法演示:
public class LinkedListDemo { public static void main(String[] args) { LinkedList<String> link = new LinkedList<String>(); //添加元素 link.addFirst("abc1"); link.addFirst("abc2"); link.addFirst("abc3"); System.out.println(link); // 獲取元素 System.out.println(link.getFirst()); System.out.println(link.getLast()); // 刪除元素 System.out.println(link.removeFirst()); System.out.println(link.removeLast()); while (!link.isEmpty()) { //判斷集合是否爲空 System.out.println(link.pop()); //彈出集合中的棧頂元素 } System.out.println(link); } }
java.util.Set
接口和java.util.List
接口同樣,一樣繼承自Collection
接口,它與Collection
接口中的方法基本一致,並無對Collection
接口進行功能上的擴充,只是比Collection
接口更加嚴格了。與List
接口不一樣的是,Set
接口中元素無序,而且都會以某種規則保證存入的元素不出現重複。
Set
集合有多個子類,這裏咱們介紹其中的java.util.HashSet
、java.util.LinkedHashSet
這兩個集合。
tips:Set集合取出元素的方式能夠採用:迭代器、加強for。
java.util.HashSet
是Set
接口的一個實現類,它所存儲的元素是不可重複的,而且元素都是無序的(即存取順序不一致)。java.util.HashSet
底層的實現實際上是一個java.util.HashMap
支持,因爲咱們暫時還未學習,先作了解。
HashSet
是根據對象的哈希值來肯定元素在集合中的存儲位置,所以具備良好的存取和查找性能。保證元素惟一性的方式依賴於:hashCode
與equals
方法。
咱們先來使用一下Set集合存儲,看下現象,再進行原理的講解:
public class HashSetDemo { public static void main(String[] args) { //建立 Set集合 HashSet<String> set = new HashSet<String>(); //添加元素 set.add(new String("cba")); set.add("abc"); set.add("bac"); set.add("cba"); //遍歷 for (String name : set) { System.out.println(name); } } }
輸出結果以下,說明集合中不能存儲重複元素:
cba abc bac
tips:根據結果咱們發現字符串"cba"只存儲了一個,也就是說重複的元素set集合不存儲。
什麼是哈希表呢?
在JDK1.8以前,哈希表底層採用數組+鏈表實現,即便用鏈表處理衝突,同一hash值的鏈表都存儲在一個鏈表裏。可是當位於一個桶中的元素較多,即hash值相等的元素較多時,經過key值依次查找的效率較低。而JDK1.8中,哈希表存儲採用數組+鏈表+紅黑樹實現,當鏈表長度超過閾值(8)時,將鏈表轉換爲紅黑樹,這樣大大減小了查找時間。
簡單的來講,哈希表是由數組+鏈表+紅黑樹(JDK1.8增長了紅黑樹部分)實現的,以下圖所示。
看到這張圖就有人要問了,這個是怎麼存儲的呢?
爲了方便你們的理解咱們結合一個存儲流程圖來講明一下:
總而言之,JDK1.8引入紅黑樹大程度優化了HashMap的性能,那麼對於咱們來說保證HashSet集合元素的惟一,其實就是根據對象的hashCode和equals方法來決定的。若是咱們往集合中存放自定義的對象,那麼保證其惟一,就必須複寫hashCode和equals方法創建屬於當前對象的比較方式。
給HashSet中存放自定義類型元素時,須要重寫對象中的hashCode和equals方法,創建本身的比較方式,才能保證HashSet集合中的對象惟一
建立自定義Student類
public class Student { private String name; private int age; public Student() { } 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 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(name, age); } }
public class HashSetDemo2 { public static void main(String[] args) { //建立集合對象 該集合中存儲 Student類型對象 HashSet<Student> stuSet = new HashSet<Student>(); //存儲 Student stu = new Student("于謙", 43); stuSet.add(stu); stuSet.add(new Student("郭德綱", 44)); stuSet.add(new Student("于謙", 43)); stuSet.add(new Student("郭麒麟", 23)); stuSet.add(stu); for (Student stu2 : stuSet) { System.out.println(stu2); } } } 執行結果: Student [name=郭德綱, age=44] Student [name=于謙, age=43] Student [name=郭麒麟, age=23]
咱們知道HashSet保證元素惟一,但是元素存放進去是沒有順序的,那麼咱們要保證有序,怎麼辦呢?
在HashSet下面有一個子類java.util.LinkedHashSet
,它是鏈表和哈希表組合的一個數據存儲結構。
演示代碼以下:
public class LinkedHashSetDemo { public static void main(String[] args) { Set<String> set = new LinkedHashSet<String>(); set.add("bbb"); set.add("aaa"); set.add("abc"); set.add("bbc"); Iterator<String> it = set.iterator(); while (it.hasNext()) { System.out.println(it.next()); } } } 結果: bbb aaa abc bbc
在JDK1.5以後,若是咱們定義一個方法須要接受多個參數,而且多個參數類型一致,咱們能夠對其簡化成以下格式:
修飾符 返回值類型 方法名(參數類型... 形參名){ }
其實這個書寫徹底等價與
修飾符 返回值類型 方法名(參數類型[] 形參名){ }
只是後面這種定義,在調用時必須傳遞數組,而前者能夠直接傳遞數據便可。
JDK1.5之後。出現了簡化操做。... 用在參數上,稱之爲可變參數。
一樣是表明數組,可是在調用這個帶有可變參數的方法時,不用建立數組(這就是簡單之處),直接將數組中的元素做爲實際參數進行傳遞,其實編譯成的class文件,將這些元素先封裝到一個數組中,在進行傳遞。這些動做都在編譯.class文件時,自動完成了。
代碼演示:
public class ChangeArgs { public static void main(String[] args) { int[] arr = { 1, 4, 62, 431, 2 }; int sum = getSum(arr); System.out.println(sum); // 6 7 2 12 2121 // 求 這幾個元素和 6 7 2 12 2121 int sum2 = getSum(6, 7, 2, 12, 2121); System.out.println(sum2); } /* * 完成數組 全部元素的求和 原始寫法 public static int getSum(int[] arr){ int sum = 0; for(int a : arr){ sum += a; } return sum; } */ //可變參數寫法 public static int getSum(int... arr) { int sum = 0; for (int a : arr) { sum += a; } return sum; } }
tips: 上述add方法在同一個類中,只能存在一個。由於會發生調用的不肯定性注意:若是在方法書寫時,這個方法擁有多參數,參數中包含可變參數,可變參數必定要寫在參數列表的末尾位置。
java.utils.Collections
是集合工具類,用來對集合進行操做。部分方法以下:public static <T> boolean addAll(Collection<T> c, T... elements)
:往集合中添加一些元素。public static void shuffle(List<?> list) 打亂順序
:打亂集合順序。public static <T> void sort(List<T> list)
:將集合中元素按照默認規則排序。public static <T> void sort(List<T> list,Comparator<? super T> )
:將集合中元素按照指定規則排序。代碼演示:
public class CollectionsDemo { public static void main(String[] args) { ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>(); //原來寫法 //list.add(12); //list.add(14); //list.add(15); //list.add(1000); //採用工具類 完成 往集合中添加元素 Collections.addAll(list, 5, 222, 1,2); System.out.println(list); //排序方法 Collections.sort(list); System.out.println(list); } } 結果: [5, 222, 1, 2] [1, 2, 5, 222]
代碼演示以後 ,發現咱們的集合按照順序進行了排列,但是這樣的順序是採用默認的順序,若是想要指定順序那該怎麼辦呢?
咱們發現還有個方法沒有講,public static <T> void sort(List<T> list,Comparator<? super T> )
:將集合中元素按照指定規則排序。接下來說解一下指定規則的排列。
咱們仍是先研究這個方法
public static <T> void sort(List<T> list)
:將集合中元素按照默認規則排序。
不過此次存儲的是字符串類型。
public class CollectionsDemo2 { public static void main(String[] args) { ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(); list.add("cba"); list.add("aba"); list.add("sba"); list.add("nba"); //排序方法 Collections.sort(list); System.out.println(list); } }
結果:
[aba, cba, nba, sba]
咱們使用的是默認的規則完成字符串的排序,那麼默認規則是怎麼定義出來的呢?
說到排序了,簡單的說就是兩個對象之間比較大小,那麼在JAVA中提供了兩種比較實現的方式,一種是比較死板的採用java.lang.Comparable
接口去實現,一種是靈活的當我須要作排序的時候在去選擇的java.util.Comparator
接口完成。
那麼咱們採用的public static <T> void sort(List<T> list)
這個方法完成的排序,實際上要求了被排序的類型須要實現Comparable接口完成比較的功能,在String類型上以下:
public final class String implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence {
String類實現了這個接口,並完成了比較規則的定義,可是這樣就把這種規則寫死了,那好比我想要字符串按照第一個字符降序排列,那麼這樣就要修改String的源代碼,這是不可能的了,那麼這個時候咱們可使用
public static <T> void sort(List<T> list,Comparator<? super T> )
方法靈活的完成,這個裏面就涉及到了Comparator這個接口,位於位於java.util包下,排序是comparator能實現的功能之一,該接口表明一個比較器,比較器具備可比性!顧名思義就是作排序的,通俗地講須要比較兩個對象誰排在前誰排在後,那麼比較的方法就是:
public int compare(String o1, String o2)
:比較其兩個參數的順序。
兩個對象比較的結果有三種:大於,等於,小於。若是要按照升序排序,
則o1 小於o2,返回(負數),相等返回0,01大於02返回(正數)
若是要按照降序排序
則o1 小於o2,返回(正數),相等返回0,01大於02返回(負數)
操做以下:
public class CollectionsDemo3 { public static void main(String[] args) { ArrayList<String> list = new ArrayList<String>(); list.add("cba"); list.add("aba"); list.add("sba"); list.add("nba"); //排序方法 按照第一個單詞的降序 Collections.sort(list, new Comparator<String>() { @Override public int compare(String o1, String o2) { return o2.charAt(0) - o1.charAt(0); } }); System.out.println(list); } }
結果以下:
[sba, nba, cba, aba]
Comparable:強行對實現它的每一個類的對象進行總體排序。這種排序被稱爲類的天然排序,類的compareTo方法被稱爲它的天然比較方法。只能在類中實現compareTo()一次,不能常常修改類的代碼實現本身想要的排序。實現此接口的對象列表(和數組)能夠經過Collections.sort(和Arrays.sort)進行自動排序,對象能夠用做有序映射中的鍵或有序集合中的元素,無需指定比較器。
Comparator強行對某個對象進行總體排序。能夠將Comparator 傳遞給sort方法(如Collections.sort或 Arrays.sort),從而容許在排序順序上實現精確控制。還可使用Comparator來控制某些數據結構(若有序set或有序映射)的順序,或者爲那些沒有天然順序的對象collection提供排序。
建立一個學生類,存儲到ArrayList集合中完成指定排序操做。
Student 初始類
public class Student{ private String name; private int age; public Student() { } 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 + '}'; } }
測試類:
public class Demo { public static void main(String[] args) { // 建立四個學生對象 存儲到集合中 ArrayList<Student> list = new ArrayList<Student>(); list.add(new Student("rose",18)); list.add(new Student("jack",16)); list.add(new Student("abc",16)); list.add(new Student("ace",17)); list.add(new Student("mark",16)); /* 讓學生 按照年齡排序 升序 */ // Collections.sort(list);//要求 該list中元素類型 必須實現比較器Comparable接口 for (Student student : list) { System.out.println(student); } } }
發現,當咱們調用Collections.sort()方法的時候 程序報錯了。
緣由:若是想要集合中的元素完成排序,那麼必需要實現比較器Comparable接口。
因而咱們就完成了Student類的一個實現,以下:
public class Student implements Comparable<Student>{ .... @Override public int compareTo(Student o) { return this.age-o.age;//升序 } }
再次測試,代碼就OK 了效果以下:
Student{name='jack', age=16} Student{name='abc', age=16} Student{name='mark', age=16} Student{name='ace', age=17} Student{name='rose', age=18}
若是在使用的時候,想要獨立的定義規則去使用 能夠採用Collections.sort(List list,Comparetor<T> c)方式,本身定義規則:
Collections.sort(list, new Comparator<Student>() { @Override public int compare(Student o1, Student o2) { return o2.getAge()-o1.getAge();//以學生的年齡降序 } });
效果:
Student{name='rose', age=18} Student{name='ace', age=17} Student{name='jack', age=16} Student{name='abc', age=16} Student{name='mark', age=16}
若是想要規則更多一些,能夠參考下面代碼:
Collections.sort(list, new Comparator<Student>() { @Override public int compare(Student o1, Student o2) { // 年齡降序 int result = o2.getAge()-o1.getAge();//年齡降序 if(result==0){//第一個規則判斷完了 下一個規則 姓名的首字母 升序 result = o1.getName().charAt(0)-o2.getName().charAt(0); } return result; } });
效果以下:
Student{name='rose', age=18} Student{name='ace', age=17} Student{name='abc', age=16} Student{name='jack', age=16} Student{name='mark', age=16}