当前位置： 首页 > news >正文

【Java高级编程】集合框架和泛型

news 2025/10/26 12:53:43

目录

一、集合与数组的对比

二、Java 集合框架结构

（一）ArrayList 类（动态数组）

1. 特性

2. 常用方法

3. 示例 1：ArrayList 常用方法的动态操作

4. 示例 2：ArrayList 存储自定义对象（新闻标题）

（二）LinkedList 类（List 接口实现）

（三）Set 接口与 HashSet 类

（四）Iterator 接口（集合迭代器）

（五）Map 接口与 HashMap 类

（六）Collections 类（集合工具类）

三、泛型基础概念

（一）泛型类

定义语法

示例 10：泛型类实现泛型接口

（二）泛型接口

定义语法

（三）泛型方法

定义语法

示例 11：泛型方法的定义与调用

（四）泛型继承

示例 12：泛型父类与子类

（五）泛型在集合框架中的应用

 示例 13：ArrayList 泛型化存储新闻标题

示例 14：HashMap 泛型化存储学生信息

四、习题

共用Student类

练习题 1：HashMap 存储学生姓名与成绩

练习题 2：HashMap 存储班级与学生列表

练习题 3：HashMap 嵌套存储班级与学生详情

五、总结

一、集合与数组的对比

开发中存储多个同类型数据时，数组存在明显缺陷：

  • 长度固定，无法适应元素数量动态变化；
  • 只能通过length获取数组长度，无法直接获取实际存储的元素个数；
  • 采用连续内存存储，查找效率低。

Java 集合框架（位于java.util包）解决了数组的缺陷，更灵活实用。

二、Java 集合框架结构

核心由 3 大类接口构成：

  • Collection 接口：派生List（有序、可重复）和Set（无序、不可重复）接口；
  • Map 接口：存储键值对（键唯一），代表实现类HashMap。

List接口的常用实现类：ArrayList（动态数组）、LinkedList（链表）。

（一）ArrayList 类（动态数组）

1. 特性
  • 基于数组封装，长度动态可变；
  • 存储于连续内存空间，遍历、随机访问元素效率高；
  • 插入、删除非尾部元素时效率低（需移动后续元素）。
2. 常用方法
方法说明
boolean add(Object o)向集合尾部添加元素
void add(int index, Object o)向指定索引位置添加元素（索引需在 0~ 元素个数之间）
int size()返回集合中元素的个数
Object get(int index)获取指定索引的元素（返回值为Object类型，使用前需强转）
void set(int index, Object obj)替换指定索引位置的元素
boolean contains(Object o)判断集合是否包含指定元素
int indexOf(Object obj)返回元素在集合中的索引（不存在则返回 - 1）
boolean remove(Object o)删除指定元素
Object remove(int index)删除并返回指定索引的元素
3. 示例 1：ArrayList 常用方法的动态操作
import java.util.ArrayList;public class ArrayListDemo {public static void main(String[] args) {ArrayList list = new ArrayList();list.add("张三丰");list.add("郭靖");list.add("杨过");// 判断是否包含“李莫愁”System.out.println(list.contains("李莫愁")); // 输出：false// 删除索引0的元素（张三丰）list.remove(0);// 替换索引1的元素为“黄蓉”list.set(1, "黄蓉");// 遍历输出元素for (int i = 0; i < list.size(); i++) {String name = (String) list.get(i);System.out.println(name); // 输出：郭靖、黄蓉}// 输出“小龙女”的索引System.out.println(list.indexOf("小龙女")); // 输出：-1// 清空集合list.clear();// 遍历空集合（无输出）for (Object obj : list) {String name = (String) obj;System.out.println(name);}// 判断集合是否为空System.out.println(list.isEmpty()); // 输出：true}
}
4. 示例 2：ArrayList 存储自定义对象（新闻标题）
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;// 新闻标题类：封装ID、名称、创建者
class NewTitle {private int id;private String titleName;private String creator;public NewTitle(int id, String titleName, String creator) {this.id = id;this.titleName = titleName;this.creator = creator;}public String getName() {return titleName;}
}public class NewsDemo {public static void main(String[] args) {// 创建新闻标题对象NewTitle car = new NewTitle(1, "汽车", "管理员");NewTitle test = new NewTitle(2, "高考", "管理员");// 创建ArrayList集合存储新闻List newsTitleList = new ArrayList();newsTitleList.add(car);newsTitleList.add(test);// 输出新闻总数System.out.println("新闻标题数目为：" + newsTitleList.size() + " 条");// 遍历输出新闻名称System.out.println("新闻标题名称为：");for (Object obj : newsTitleList) {NewTitle title = (NewTitle) obj;System.out.println(title.getName()); // 输出：汽车、高考}}
}

（二）LinkedList 类（List 接口实现）

  • 存储结构：链表结构，插入、删除元素效率高，查找效率低。
  • 常用方法：
    方法说明
    void addFirst(Object obj)向集合首部插入元素
    void addLast(Object obj)向集合尾部插入元素
    Object getFirst()获取集合首部元素
    Object getLast()获取集合尾部元素
    Object removeFirst()删除并返回首部元素
    Object removeLast()删除并返回尾部元素
  • 示例 3：存储新闻标题并操作定义NewTitle类（包含 ID、名称、创建者），用LinkedList实现添加、获取、删除首尾元素及遍历： 
    import java.util.LinkedList;
public class LinkedListDemo {public static void main(String[] args) {LinkedList<NewTitle> newsList = new LinkedList<>();newsList.addFirst(new NewTitle(3, "头条：今日要闻", "主编"));newsList.addLast(new NewTitle(1, "科技：AI进展", "编辑A"));System.out.println("首条新闻：" + newsList.getFirst().getName());System.out.println("删除末条：" + newsList.removeLast().getName());for(NewTitle news : newsList) {System.out.println(news.getName());}}
}

（三）Set 接口与 HashSet 类

  • Set 特性：存储无重复、无序元素，常用实现类HashSet，非线程安全，允许null。
  • HashSet 常用方法（表 1-3）：
    方法说明
    boolean add(Object o)添加元素（已存在则不添加）
    void clear()清空集合
    int size()返回元素数量
    boolean isEmpty()判断集合是否为空
    boolean contains(Object o)判断是否包含元素
    boolean remove(Object o)删除元素（存在则返回 true）
  • 示例 4：存储新闻标题并操作用HashSet实现添加、判断包含、删除、遍历： 
    import java.util.HashSet;
import java.util.Set;
// 复用NewTitle类
public class HashSetDemo {public static void main(String[] args) {Set<NewTitle> newsList = new HashSet<>();newsList.add(new NewTitle(1, "汽车", "管理员"));newsList.add(new NewTitle(2, "娱乐", "编辑B"));System.out.println("新闻总数：" + newsList.size());System.out.println("是否包含汽车新闻：" + newsList.contains(new NewTitle(1, "汽车", "管理员")));newsList.remove(new NewTitle(2, "娱乐", "编辑B"));for(NewTitle news : newsList) {System.out.println(news.getName());}}
}

（四）Iterator 接口（集合迭代器）

  • 作用：遍历集合元素，核心方法hasNext()（判断是否有下一个元素）、next()（获取下一个元素）。
  • 示例 5：遍历 ArrayList 集合 
    import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;
public class IteratorDemo {public static void main(String[] args) {ArrayList<String> list = new ArrayList<>();list.add("张三");list.add("李四");Iterator<String> it = list.iterator();while(it.hasNext()) {String name = it.next();System.out.println(name);}}
}

（五）Map 接口与 HashMap 类

  • Map 特性：存储键值对（key-value），键唯一、值可重复；常用实现类HashMap，查询效率高，无序。
  • HashMap 常用方法：
    方法说明
    Object put(Object key, Object value)添加键值对
    Object remove(Object key)删除键值对（返回被删除的值）
    Object get(Object key)根据键获取值
    boolean containsKey(Object key)判断是否包含指定键
    boolean containsValue(Object value)判断是否包含指定值
    boolean isEmpty()判断集合是否为空
    void clear()清空集合
    int size()返回元素数量
    Set keySet()获取所有键的集合
    Collection values()获取所有值的集合
  • 示例 6：存储学生信息并操作以 “英文名” 为键、Student对象为值，实现添加、查询、删除、遍历： 
    import java.util.HashMap;class Student {private String name;    // 学生姓名private String gender;  // 学生性别// 构造器：初始化学生姓名和性别public Student(String name, String gender) {this.name = name;this.gender = gender;}// getter方法：获取学生姓名（代码中需调用此方法）public String getName() {return name;}// getter方法：获取学生性别（可选，如需使用可调用）public String getGender() {return gender;}// setter方法：可选，用于修改属性（根据需求添加）public void setName(String name) {this.name = name;}public void setGender(String gender) {this.gender = gender;}
}public class HashMapDemo {public static void main(String[] args) {// 创建HashMap集合，键为String类型（英文名），值为Student类型（学生对象）HashMap<String, Student> students = new HashMap<>();// 向集合中添加键值对（学生信息）students.put("Jack", new Student("李明", "男"));students.put("Rose", new Student("刘丽", "女"));// 输出学生总数System.out.println("学生总数：" + students.size());  // 输出：学生总数：2// 根据键"Jack"获取对应学生对象，并输出姓名System.out.println("Jack的信息：" + students.get("Jack").getName());  // 输出：Jack的信息：李明// 删除键为"Rose"的学生信息students.remove("Rose");// 遍历集合中剩余的学生信息（通过键集keySet()遍历）for (String key : students.keySet()) {Student s = students.get(key);  // 根据键获取学生对象System.out.println(key + "：" + s.getName());  // 输出：Jack：李明}}
}

  • 示例 7：遍历 HashMap 的键和值 
    import java.util.HashMap; // 导入HashMap包public class HashMapTraverse {public static void main(String[] args) {HashMap<String, Student> students = new HashMap<>();students.put("Jack", new Student("李明", "男"));students.put("Rose", new Student("刘丽", "女"));System.out.println("学生英文名：");for (String key : students.keySet()) {System.out.println(key);}System.out.println("学生详细信息：");for (Student s : students.values()) {System.out.println("姓名：" + s.getName() + "，性别：" + s.getGender());}}
}

（六）Collections 类（集合工具类）

  • 作用：提供静态方法实现集合的排序、查找等操作；排序要求元素实现Comparable接口。
  • Comparable 接口：需重写int compareTo(Object obj)方法，返回负整数 / 零 / 正整数表示 “小于 / 等于 / 大于” 目标对象。
  • 示例 8：Student0 类实现 Comparable（按学号排序） 
    import java.util.ArrayList; // 实际使用时若在同一包下，可省略无关导入public class Student0 implements Comparable<Student0> {private int number;    // 学号private String name;   // 姓名private String gender; // 性别// 构造器public Student0(int number, String name, String gender) {this.number = number;this.name = name;this.gender = gender;}// getter/setter方法public int getNumber() { return number; }public void setNumber(int number) { this.number = number; }public String getName() { return name; }public void setName(String name) { this.name = name; }public String getGender() { return gender; }public void setGender(String gender) { this.gender = gender; }// compareTo参数类型Student0（与泛型匹配）@Overridepublic int compareTo(Student0 obj) {if (this.number == obj.number) {return 0;}return this.number > obj.number ? 1 : -1;}
}
  • 示例 9：用 Collections 排序与查找 List 集合 
    import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;public class StudentSortDemo {public static void main(String[] args) {ArrayList<Student0> students = new ArrayList<>();students.add(new Student0(3, "张三", "男"));students.add(new Student0(1, "李四", "女"));students.add(new Student0(2, "王五", "男"));// 排序（按学号升序）Collections.sort(students);// 遍历排序结果for (Student0 s : students) {System.out.println("学号：" + s.getNumber() + "，姓名：" + s.getName());}}
}

三、泛型基础概念

泛型是 JDK 1.5 的特性，本质是 “参数化类型”—— 将数据类型指定为参数，实现代码复用与类型安全，避免强制类型转换。

（一）泛型类

定义语法
public class 类名<T> {private T 变量;// 构造器、方法可使用类型参数T
}
  • 支持多个类型参数（如 class GenericClass<T, V>）。
示例 10：泛型类实现泛型接口
// 泛型接口
interface TestInterface<T> {T getName();
}// 泛型类实现接口
class Student1<T> implements TestInterface<T> {private T name;public void setName(T name) { this.name = name; }@Overridepublic T getName() { return name; }
}// 测试类
public class GenericsClass {public static void main(String[] args) {Student1<String> student = new Student1<>();student.setName("张三");System.out.println(student.getName()); // 输出：张三}
}

（二）泛型接口

定义语法
public interface 接口名<T> {T 方法名();
}
  • 实现类需指定具体类型或继续泛型。

（三）泛型方法

定义语法
public <T> 返回值类型 方法名(T 参数) {// 方法体
}
  • 类型参数<T>需置于访问修饰符与返回值之间。
示例 11：泛型方法的定义与调用
class GenericMethod {public <T> void showSize(T obj) {System.out.println(obj.getClass().getName());}
}public class Demo {public static void main(String[] args) {GenericMethod gm = new GenericMethod();gm.showSize(10);    // 输出：java.lang.Integergm.showSize("Jack");// 输出：java.lang.String}
}

（四）泛型继承

泛型类可继承，子类需指定父类的类型参数或继续泛型。

示例 12：泛型父类与子类
// 泛型父类（农场类）
class Farm<T> {protected int plantNum = 0;public void plantCrop(T crop) { plantNum++; }
}// 泛型子类（果园类，继承Farm并扩展）
class FruitFarm<T> extends Farm<T> {@Overridepublic void plantCrop(List<T> crops) {plantNum += crops.size();}
}

（五）泛型在集合框架中的应用

Java 集合（List、Set、Map）支持泛型，指定元素类型后可避免类型转换，提升安全性。

 示例 13：ArrayList 泛型化存储新闻标题
import java.util.ArrayList;class NewTitle0 {private String titleName;public NewTitle0(String titleName) { this.titleName = titleName; }public String getTitleName() { return titleName; }
}public class ArrayListDemo0 {public static void main(String[] args) {ArrayList<NewTitle0> newsList = new ArrayList<>();newsList.add(new NewTitle0("汽车新闻"));newsList.add(new NewTitle0("科技新闻"));for (NewTitle0 title : newsList) {System.out.println(title.getTitleName());}}
}
示例 14：HashMap 泛型化存储学生信息
import java.util.HashMap;class Student2 {private String name;public Student2(String name) { this.name = name; }public String getName() { return name; }
}public class HashMapDemo0 {public static void main(String[] args) {HashMap<String, Student2> students = new HashMap<>();students.put("Jack", new Student2("杰克"));students.put("Rose", new Student2("罗丝"));for (String key : students.keySet()) {Student2 s = students.get(key);System.out.println(s.getName());}}
}

四、习题

共用Student类

// 学生类：包含姓名、年龄、性别、成绩等属性
public class Student {private String name;    // 姓名private int age;        // 年龄private String gender;  // 性别private int score;      // 成绩// 构造器：初始化所有属性public Student(String name, int age, String gender, int score) {this.name = name;this.age = age;this.gender = gender;this.score = score;}// getter方法：获取属性值（用于输出信息）public String getName() { return name; }public int getAge() { return age; }public String getGender() { return gender; }public int getScore() { return score; }
}

练习题 1：HashMap 存储学生姓名与成绩

创建HashMap<String, Integer>，键为学生姓名（String），值为成绩（Integer），用增强 for 循环遍历并输出成绩。

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;public class Test1_StudentScore {public static void main(String[] args) {// 创建HashMap存储“姓名-成绩”HashMap<String, Integer> studentScores = new HashMap<>();// 添加学生数据（示例数据对应图1.9）studentScores.put("张三", 85);studentScores.put("李四", 59);studentScores.put("王五", 61);// 增强for循环遍历输出（遍历entrySet获取键值对）System.out.println("===== 学生成绩查询结果 =====");for (Map.Entry<String, Integer> entry : studentScores.entrySet()) {System.out.println(entry.getKey() + "的成绩是：" + entry.getValue());}}
}

练习题 2：HashMap 存储班级与学生列表

创建HashMap<String, ArrayList<Student>>，键为班级名称（String），值为该班级学生列表（ArrayList<Student>），获取并输出某个班级的学生信息。

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;public class Test2_ClassStudentList {public static void main(String[] args) {// 1. 创建HashMap存储“班级-学生列表”HashMap<String, ArrayList<Student>> classStudents = new HashMap<>();// 2. 为“三年级一班”创建学生列表并添加学生ArrayList<Student> class3Grade1 = new ArrayList<>();class3Grade1.add(new Student("张三", 9, "男", 85));class3Grade1.add(new Student("李四", 8, "女", 59));classStudents.put("三年级一班", class3Grade1);// 3. 为“三年级二班”创建学生列表并添加学生ArrayList<Student> class3Grade2 = new ArrayList<>();class3Grade2.add(new Student("王五", 9, "男", 61));classStudents.put("三年级二班", class3Grade2);// 4. 获取“三年级一班”的学生列表并输出（对应图1.10）System.out.println("===== 三年级一班学生列表 =====");ArrayList<Student> targetClass = classStudents.get("三年级一班");for (Student s : targetClass) {System.out.println("姓名：" + s.getName() + "，年龄：" + s.getAge() + "，性别：" + s.getGender());}}
}

练习题 3：HashMap 嵌套存储班级与学生详情

创建HashMap<String, ArrayList<Student>>，键为班级名称，值为学生列表（包含姓名、年龄、性别），输出指定班级的所有学生信息。

import java.util.ArrayList;
import java.util.HashMap;public class Test3_ClassStudentDetail {public static void main(String[] args) {// 1. 创建HashMap存储“班级-学生列表”HashMap<String, ArrayList<Student>> classDetail = new HashMap<>();// 2. 为“一年级一班”添加学生ArrayList<Student> class1Grade1 = new ArrayList<>();class1Grade1.add(new Student("孙六", 7, "男", 92));class1Grade1.add(new Student("周七", 7, "女", 88));classDetail.put("一年级一班", class1Grade1);// 3. 获取并输出“一年级一班”的所有学生信息（对应图1.11）System.out.println("===== 一年级一班学生详情 =====");System.out.println("班级名称：一年级一班");System.out.println("班级学生列表：");ArrayList<Student> students = classDetail.get("一年级一班");for (int i = 0; i < students.size(); i++) {Student s = students.get(i);System.out.println((i + 1) + ". 姓名：" + s.getName() + "，性别：" + s.getGender() + "，年龄：" + s.getAge());}}
}

五、总结

Java集合框架提供了比数组更灵活的存储方案，主要包括List（有序可重复）、Set（无序不可重复）和Map（键值对）三大接口。ArrayList基于动态数组实现，适合随机访问；LinkedList基于链表，适合频繁增删。HashSet实现Set接口，存储唯一元素；HashMap实现Map接口，提供高效键值查询。泛型可增强类型安全性，避免强制转换。Collections工具类提供排序、查找等功能。集合框架通过不同实现类满足各类数据存储需求，解决了数组长度固定、操作受限等问题。

http://www.dtcms.com/a/529552.html

相关文章：

  • 雅菲奥朗人工智能知识墙分享（二）：『AI数据：人工智能时代的“数字燃料”——数据是AI的“第一生产力”』
  • 智能电网建设对就业市场有何影响？
  • 【08】C语言数据类型--字符类型
  • 张家界公司网站建设wordpress 新浪图片
  • 枣庄高端品牌网站建设案例微信上修改wordpress
  • 第十八讲(一) 三重积分
  • 怎么建设一个营销型网站博罗营销网站制作
  • 网站开发完整视频合肥网络推广有限公司
  • 第7章树和二叉树：二叉树遍历算法的应用
  • Marvell TX9190 Liquid-Cooled CPO Switch
  • 怎样做后端数据传输前端的网站asp汽车销售公司网站源码 4s店网站源码 汽车网站建设 完整无
  • oa网站建设推广吉林网站建设电话
  • 网站推广双鼎微信小程序可以做音乐网站吗
  • AI决策vs人工决策：效率的底层逻辑与选择边界
  • 合肥网站建设方案优化wordpress页面样板
  • 开展网站建设服务wordpress导航菜单均报404
  • 电视网站免费大全网站建设维护百家号
  • 人工智能与虚拟现实技术
  • Atlas 200I AI加速模块-修改和打包文件系统
  • Linux中ping时网络不可达
  • 公司做网站 微信平台急招程序员
  • 广安住房和城乡建设厅网站企业文化墙设计图效果图
  • 2025年9月电子学会全国青少年软件编程等级考试(Python二级)真题及答案
  • 20.管理存储堆栈
  • 深圳网站建设黄浦网络-技术差专业3合1网站建设
  • 成都建设招标网站首页一份完整的网站策划方案
  • c端宠物h5系统
  • 推广营销海外网站安平县建设局网站
  • 网站群集约化建设通知网页制作的基本步骤有哪些
  • 基于用户分层的金丝雀式渐进部署