day02【Collection、泛型】

主要内容

• Collection 集合
• 迭代器
• 增强 for
• 泛型

教学目标

• [] 能够说出集合与数组的区别
• [] 说出 Collection 集合的常用功能
• [] 能够使用迭代器对集合进行取元素
• [] 能够说出集合的使用细节
• [] 能够使用集合存储自定义类型
• [] 能够使用 foreach 循环遍历集合
• [] 能够使用泛型定义集合对象
• [] 能够理解泛型上下限
• [] 能够阐述泛型通配符的作用

第一章 Collection 集合

1.1 集合概述

在前面基础班我们已经学习过并使用过集合 ArrayList<E> , 那么集合到底是什么呢?

• 集合：集合是 java 中提供的一种容器，可以用来存储多个数据。

集合和数组既然都是容器，它们有啥区别呢？

• 数组的长度是固定的。集合的长度是可变的。
• 数组中存储的是同一类型的元素，可以存储基本数据类型值。集合存储的都是对象。而且对象的类型可以不一致。在开发中一般当对象多的时候，使用集合进行存储。

1.2 集合框架

JAVASE 提供了满足各种需求的 API，在使用这些 API 前，先了解其继承与接口操作架构，才能了解何时采用哪个类，以及类之间如何彼此合作，从而达到灵活应用。

集合按照其存储结构可以分为两大类，分别是单列集合 java.util.Collection 和双列集合 java.util.Map，今天我们主要学习Collection 集合，在 day04 时讲解 Map 集合。

• Collection：单列集合类的根接口，用于存储一系列符合某种规则的元素，它有两个重要的子接口，分别是 java.util.List 和java.util.Set。其中，List的特点是元素有序、元素可重复。Set的特点是元素无序，而且不可重复。List接口的主要实现类有 java.util.ArrayList 和java.util.LinkedList，Set接口的主要实现类有 java.util.HashSet 和java.util.TreeSet。

从上面的描述可以看出 JDK 中提供了丰富的集合类库，为了便于初学者进行系统地学习，接下来通过一张图来描述整个集合类的继承体系。

其中，橙色框里填写的都是接口类型，而蓝色框里填写的都是具体的实现类。这几天将针对图中所列举的集合类进行逐一地讲解。

集合本身是一个工具，它存放在 java.util 包中。在 Collection 接口定义着单列集合框架中最最共性的内容。

1.3 Collection 常用功能

Collection 是所有单列集合的父接口，因此在 Collection 中定义了单列集合 (List 和 Set) 通用的一些方法，这些方法可用于操作所有的单列集合。方法如下：

• public boolean add(E e)：把给定的对象添加到当前集合中。
• public void clear() : 清空集合中所有的元素。
• public boolean remove(E e): 把给定的对象在当前集合中删除。
• public boolean contains(E e): 判断当前集合中是否包含给定的对象。
• public boolean isEmpty(): 判断当前集合是否为空。
• public int size(): 返回集合中元素的个数。
• public Object[] toArray(): 把集合中的元素，存储到数组中。

方法演示：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

public class Demo1Collection {public static void main(String[] args) {
        // 创建集合对象 
        // 使用多态形式
        Collection<String> coll = new ArrayList<String>();
        // 使用方法
        // 添加功能  boolean  add(String s)
        coll.add("小李广");
        coll.add("扫地僧");
        coll.add("石破天");
        System.out.println(coll);

        // boolean contains(E e) 判断 o 是否在集合中存在
        System.out.println("判断  扫地僧 是否在集合中"+coll.contains("扫地僧"));

        //boolean remove(E e) 删除在集合中的 o 元素
        System.out.println("删除石破天："+coll.remove("石破天"));
        System.out.println("操作之后集合中元素:"+coll);
        
        // size() 集合中有几个元素
        System.out.println("集合中有"+coll.size()+"个元素");

        // Object[] toArray()转换成一个 Object 数组
        Object[] objects = coll.toArray();
        // 遍历数组
        for (int i = 0; i < objects.length; i++) {System.out.println(objects[i]);
        }

        // void  clear() 清空集合
        coll.clear();
        System.out.println("集合中内容为："+coll);
        // boolean  isEmpty()  判断是否为空
        System.out.println(coll.isEmpty());      
    }
}

tips: 有关 Collection 中的方法可不止上面这些，其他方法可以自行查看 API 学习。

第二章 Iterator 迭代器

2.1 Iterator 接口

在程序开发中，经常需要遍历集合中的所有元素。针对这种需求，JDK 专门提供了一个接口 java.util.Iterator。Iterator 接口也是 Java 集合中的一员，但它与 Collection、Map 接口有所不同，Collection接口与 Map 接口主要用于存储元素，而 Iterator 主要用于迭代访问（即遍历）Collection中的元素，因此 Iterator 对象也被称为迭代器。

想要遍历 Collection 集合，那么就要获取该集合迭代器完成迭代操作，下面介绍一下获取迭代器的方法：

• public Iterator iterator(): 获取集合对应的迭代器，用来遍历集合中的元素的。

下面介绍一下迭代的概念：

• 迭代：即 Collection 集合元素的通用获取方式。在取元素之前先要判断集合中有没有元素，如果有，就把这个元素取出来，继续在判断，如果还有就再取出出来。一直把集合中的所有元素全部取出。这种取出方式专业术语称为迭代。

Iterator 接口的常用方法如下：

• public E next(): 返回迭代的下一个元素。
• public boolean hasNext(): 如果仍有元素可以迭代，则返回 true。

接下来我们通过案例学习如何使用 Iterator 迭代集合中元素：

public class IteratorDemo {public static void main(String[] args) {
        // 使用多态方式 创建对象
        Collection<String> coll = new ArrayList<String>();

        // 添加元素到集合
        coll.add("串串星人");
        coll.add("吐槽星人");
        coll.add("汪星人");
        // 遍历
        // 使用迭代器 遍历   每个集合对象都有自己的迭代器
        Iterator<String> it = coll.iterator();
        //  泛型指的是 迭代出 元素的数据类型
        while(it.hasNext()){ // 判断是否有迭代元素
            String s = it.next();// 获取迭代出的元素
            System.out.println(s);
        }
      }
}

tips:：在进行集合元素取出时，如果集合中已经没有元素了，还继续使用迭代器的 next 方法，将会发生 java.util.NoSuchElementException 没有集合元素的错误。

2.2 迭代器的实现原理

我们在之前案例已经完成了 Iterator 遍历集合的整个过程。当遍历集合时，首先通过调用 t 集合的 iterator()方法获得迭代器对象，然后使用 hashNext()方法判断集合中是否存在下一个元素，如果存在，则调用 next()方法将元素取出，否则说明已到达了集合末尾，停止遍历元素。

Iterator 迭代器对象在遍历集合时，内部采用指针的方式来跟踪集合中的元素，为了让初学者能更好地理解迭代器的工作原理，接下来通过一个图例来演示 Iterator 对象迭代元素的过程：

在调用 Iterator 的 next 方法之前，迭代器的索引位于第一个元素之前，不指向任何元素，当第一次调用迭代器的 next 方法后，迭代器的索引会向后移动一位，指向第一个元素并将该元素返回，当再次调用 next 方法时，迭代器的索引会指向第二个元素并将该元素返回，依此类推，直到 hasNext 方法返回 false，表示到达了集合的末尾，终止对元素的遍历。

2.3 增强 for

增强 for 循环 (也称 for each 循环) 是JDK1.5以后出来的一个高级 for 循环，专门用来遍历数组和集合的。它的内部原理其实是个 Iterator 迭代器，所以在遍历的过程中，不能对集合中的元素进行增删操作。

格式：

for(元素的数据类型  变量 : Collection 集合 or 数组){// 写操作代码}

它用于遍历 Collection 和数组。通常只进行遍历元素，不要在遍历的过程中对集合元素进行增删操作。

练习 1：遍历数组

public class NBForDemo1 {public static void main(String[] args) {int[] arr = {3,5,6,87};
           // 使用增强 for 遍历数组
        for(int a : arr){// a 代表数组中的每个元素
            System.out.println(a);
        }
    }
}

练习 2: 遍历集合

public class NBFor {public static void main(String[] args) {Collection<String> coll = new ArrayList<String>();
        coll.add("小河神");
        coll.add("老河神");
        coll.add("神婆");
        // 使用增强 for 遍历
        for(String s :coll){// 接收变量 s 代表 代表被遍历到的集合元素
            System.out.println(s);
        }
    }
}

tips: 新 for 循环必须有被遍历的目标。目标只能是 Collection 或者是数组。新式 for 仅仅作为遍历操作出现。

第三章 泛型

3.1 泛型概述

在前面学习集合时，我们都知道集合中是可以存放任意对象的，只要把对象存储集合后，那么这时他们都会被提升成 Object 类型。当我们在取出每一个对象，并且进行相应的操作，这时必须采用类型转换。

大家观察下面代码：

public class GenericDemo {public static void main(String[] args) {Collection coll = new ArrayList();
        coll.add("abc");
        coll.add("itcast");
        coll.add(5);// 由于集合没有做任何限定，任何类型都可以给其中存放
        Iterator it = coll.iterator();
        while(it.hasNext()){
            // 需要打印每个字符串的长度, 就要把迭代出来的对象转成 String 类型
            String str = (String) it.next();
            System.out.println(str.length());
        }
    }
}

程序在运行时发生了问题 java.lang.ClassCastException。为什么会发生类型转换异常呢？我们来分析下：由于集合中什么类型的元素都可以存储。导致取出时强转引发运行时 ClassCastException。怎么来解决这个问题呢？Collection 虽然可以存储各种对象，但实际上通常 Collection 只存储同一类型对象。例如都是存储字符串对象。因此在 JDK5 之后，新增了 泛型 (Generic) 语法，让你在设计 API 时可以指定类或方法支持泛型，这样我们使用 API 的时候也变得更为简洁，并得到了编译时期的语法检查。

• 泛型：可以在类或方法中预支地使用未知的类型。

tips: 一般在创建对象时，将未知的类型确定具体的类型。当没有指定泛型时，默认类型为 Object 类型。

3.2 使用泛型的好处

上一节只是讲解了泛型的引入，那么泛型带来了哪些好处呢？

• 将运行时期的 ClassCastException，转移到了编译时期变成了编译失败。
• 避免了类型强转的麻烦。

通过我们如下代码体验一下：

public class GenericDemo2 {public static void main(String[] args) {Collection<String> list = new ArrayList<String>();
        list.add("abc");
        list.add("itcast");
        // list.add(5);// 当集合明确类型后，存放类型不一致就会编译报错
        // 集合已经明确具体存放的元素类型，那么在使用迭代器的时候，迭代器也同样会知道具体遍历元素类型
        Iterator<String> it = list.iterator();
        while(it.hasNext()){String str = it.next();
            // 当使用 Iterator<String> 控制元素类型后，就不需要强转了。获取到的元素直接就是 String 类型
            System.out.println(str.length());
        }
    }
}

tips: 泛型是数据类型的一部分，我们将类名与泛型合并一起看做数据类型。

3.3 泛型的定义与使用

我们在集合中会大量使用到泛型，这里来完整地学习泛型知识。

泛型，用来灵活地将数据类型应用到不同的类、方法、接口当中。将数据类型作为参数进行传递。

定义和使用含有泛型的类

泛型是什么, 类变量的类型就是什么
定义格式：

修饰符 class 类名 < 代表泛型的变量 > {}

例如，API 中的 ArrayList 集合：

class ArrayList<E>{public boolean add(E e){ }

    public E get(int index){ }
       ....
}

使用泛型：即什么时候确定泛型。

在创建对象的时候确定泛型

例如，ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();

此时，变量 E 的值就是 String 类型, 那么我们的类型就可以理解为：

class ArrayList<String>{public boolean add(String e){ }

     public String get(int index){ }
     ...
}

再例如，ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

此时，变量 E 的值就是 Integer 类型, 那么我们的类型就可以理解为：

class ArrayList<Integer> {public boolean add(Integer e) { }

     public Integer get(int index) { }
     ...
}

举例自定义泛型类

public class MyGenericClass<MVP> {
    // 没有 MVP 类型，在这里代表 未知的一种数据类型 未来传递什么就是什么类型
    private MVP mvp;
     
    public void setMVP(MVP mvp) {this.mvp = mvp;}
     
    public MVP getMVP() {return mvp;}
}

使用:

public class GenericClassDemo {public static void main(String[] args) {         
         // 创建一个泛型为 String 的类
         MyGenericClass<String> my = new MyGenericClass<String>();        
         // 调用 setMVP
         my.setMVP("大胡子登登");
         // 调用 getMVP
         String mvp = my.getMVP();
         System.out.println(mvp);
         // 创建一个泛型为 Integer 的类
         MyGenericClass<Integer> my2 = new MyGenericClass<Integer>(); 
         my2.setMVP(123);         
         Integer mvp2 = my2.getMVP();}
}

含有泛型的方法

泛型是什么, 方法传递的参数的类型就是什么
定义格式：

修饰符 < 代表泛型的变量 > 返回值类型 方法名(参数){}

例如，

public class MyGenericMethod {public <MVP> void show(MVP mvp) {System.out.println(mvp.getClass());
    }
    
    public <MVP> MVP show2(MVP mvp) {return mvp;}
}

使用格式：调用方法时，确定泛型的类型

public class GenericMethodDemo {public static void main(String[] args) {
        // 创建对象
        MyGenericMethod mm = new MyGenericMethod();
        // 演示看方法提示
        mm.show("aaa");
        mm.show(123);
        mm.show(12.45);
    }
}

含有泛型的接口

定义格式：

修饰符 interface 接口名 < 代表泛型的变量 > {}

例如，

public interface MyGenericInterface<E>{public abstract void add(E e);
    
    public abstract E getE();}

使用格式：

1、定义类时确定泛型的类型

例如

public class MyImp1 implements MyGenericInterface<String> {
    @Override
    public void add(String e) {// 省略...}

    @Override
    public String getE() {return null;}
}

此时，泛型 E 的值就是 String 类型。

2、始终不确定泛型的类型，直到创建对象时，确定泛型的类型

例如

public class MyImp2<E> implements MyGenericInterface<E> {
    @Override
    public void add(E e) {// 省略...}

    @Override
    public E getE() {return null;}
}

确定泛型：

/*
 * 使用
 */
public class GenericInterface {public static void main(String[] args) {MyImp2<String>  my = new MyImp2<String>();  
        my.add("aa");
    }
}

3.4 泛型通配符

当使用泛型类或者接口时，传递的数据中，泛型类型不确定，可以通过通配符 <?> 表示。但是一旦使用泛型的通配符后，只能使用 Object 类中的共性方法，集合中元素自身方法无法使用。

通配符基本使用

泛型的通配符:不知道使用什么类型来接收的时候, 此时可以使用?,? 表示未知通配符。

此时只能接受数据, 不能往该集合中存储数据。

举个例子大家理解使用即可：

public static void main(String[] args) {Collection<Intger> list1 = new ArrayList<Integer>();
    getElement(list1);
    Collection<String> list2 = new ArrayList<String>();
    getElement(list2);
}
public static void getElement(Collection<?> coll){}
//？代表可以接收任意类型

tips: 泛型不存在继承关系 Collection<Object> list = new ArrayList<String>(); 这种是错误的。

通配符高级使用 —- 受限泛型

之前设置泛型的时候，实际上是可以任意设置的，只要是类就可以设置。但是在 JAVA 的泛型中可以指定一个泛型的 上限 和下限。

泛型的上限：

• 格式 ： 类型名称 <? extends 类 > 对象名称
• 意义 ： 只能接收该类型及其子类

泛型的下限：

• 格式 ： 类型名称 <? super 类 > 对象名称
• 意义 ： 只能接收该类型及其父类型

比如：现已知 Object 类，String 类，Number 类，Integer 类，其中 Number 是 Integer 的父类

public static void main(String[] args) {Collection<Integer> list1 = new ArrayList<Integer>();
    Collection<String> list2 = new ArrayList<String>();
    Collection<Number> list3 = new ArrayList<Number>();
    Collection<Object> list4 = new ArrayList<Object>();
    
    getElement(list1);
    getElement(list2);// 报错
    getElement(list3);
    getElement(list4);// 报错
  
    getElement2(list1);// 报错
    getElement2(list2);// 报错
    getElement2(list3);
    getElement2(list4);
  
}
// 泛型的上限：此时的泛型?，必须是 Number 类型或者 Number 类型的子类
public static void getElement1(Collection<? extends Number> coll){}
// 泛型的下限：此时的泛型?，必须是 Number 类型或者 Number 类型的父类
public static void getElement2(Collection<? super Number> coll){}

第四章 集合综合案例

4.1 案例介绍

按照斗地主的规则，完成洗牌发牌的动作。
具体规则：

使用 54 张牌打乱顺序, 三个玩家参与游戏，三人交替摸牌，每人 17 张牌，最后三张留作底牌。

4.2 案例分析

• 准备牌：

  牌可以设计为一个 ArrayList<String>, 每个字符串为一张牌。
  每张牌由花色数字两部分组成，我们可以使用花色集合与数字集合嵌套迭代完成每张牌的组装。
  牌由 Collections 类的 shuffle 方法进行随机排序。

• 发牌

  将每个人以及底牌设计为 ArrayList<String>, 将最后 3 张牌直接存放于底牌，剩余牌通过对 3 取模依次发牌。

• 看牌

  直接打印每个集合。

4.3 代码实现

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;

public class Poker {public static void main(String[] args) {
        /*
        * 1: 准备牌操作
        */
        //1.1 创建牌盒 将来存储牌面的 
        ArrayList<String> pokerBox = new ArrayList<String>();
        //1.2 创建花色集合
        ArrayList<String> colors = new ArrayList<String>();

        //1.3 创建数字集合
        ArrayList<String> numbers = new ArrayList<String>();

        //1.4 分别给花色 以及 数字集合添加元素
        colors.add("♥");
        colors.add("♦");
        colors.add("♠");
        colors.add("♣");

        for(int i = 2;i<=10;i++){numbers.add(i+"");
        }
        numbers.add("J");
        numbers.add("Q");
        numbers.add("K");
        numbers.add("A");
        //1.5 创造牌  拼接牌操作
        // 拿出每一个花色  然后跟每一个数字 进行结合  存储到牌盒中
        for (String color : colors) {
            //color 每一个花色 
            // 遍历数字集合
            for(String number : numbers){
                // 结合
                String card = color+number;
                // 存储到牌盒中
                pokerBox.add(card);
            }
        }
        //1.6 大王小王
        pokerBox.add("小☺");
        pokerBox.add("大☠");      
        // System.out.println(pokerBox);
        // 洗牌 是不是就是将  牌盒中 牌的索引打乱 
        // Collections 类  工具类  都是 静态方法
        // shuffer 方法   
        /*
         * static void shuffle(List<?> list) 
         *     使用默认随机源对指定列表进行置换。*/
        //2: 洗牌
        Collections.shuffle(pokerBox);
        //3 发牌
        //3.1 创建 三个 玩家集合  创建一个底牌集合
        ArrayList<String> player1 = new ArrayList<String>();
        ArrayList<String> player2 = new ArrayList<String>();
        ArrayList<String> player3 = new ArrayList<String>();
        ArrayList<String> dipai = new ArrayList<String>();      

        // 遍历 牌盒  必须知道索引   
        for(int i = 0;i<pokerBox.size();i++){
            // 获取 牌面
            String card = pokerBox.get(i);
            // 留出三张底牌 存到 底牌集合中
            if(i>=51){// 存到底牌集合中
                dipai.add(card);
            } else {
                // 玩家 1   %3  ==0
                if(i%3==0){player1.add(card);
                }else if(i%3==1){// 玩家 2
                      player2.add(card);
                }else{// 玩家 3
                      player3.add(card);
                }
            }
        }
        // 看看
        System.out.println("令狐冲："+player1);
        System.out.println("田伯光："+player2);
        System.out.println("绿竹翁："+player3);
        System.out.println("底牌："+dipai);  
    }
}