Java集合框架概述¶

Java集合框架（Java Collections Framework）是Java编程语言中用于存储和操作一组对象的标准化架构。它提供了一套接口和类，使得开发者能够高效地处理数据集合。集合框架的核心思想是将数据的存储与操作分离，从而提高了代码的可重用性和灵活性。

1. 集合框架的基本结构¶

Java集合框架主要由以下几个部分组成：

接口（Interfaces）：定义了集合的基本操作，如添加、删除、遍历等。
实现类（Implementations）：提供了接口的具体实现，如ArrayList、HashSet等。
算法（Algorithms）：提供了对集合进行操作的方法，如排序、搜索等。

1.1 常用接口¶

Java集合框架中的常用接口包括：

Collection：是所有集合类的根接口，定义了集合的基本操作。
List：有序集合，允许重复元素。
Set：无序集合，不允许重复元素。
Map：存储键值对，键不允许重复。

1.2 常用实现类¶

ArrayList：基于动态数组实现的List。
LinkedList：基于链表实现的List。
HashSet：基于哈希表实现的Set。
TreeSet：基于红黑树实现的Set。
HashMap：基于哈希表实现的Map。
TreeMap：基于红黑树实现的Map。

2. 代码示例¶

2.1 使用ArrayList存储和遍历元素¶

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ArrayListExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个ArrayList对象
        List<String> fruits = new ArrayList<>();

        // 添加元素
        fruits.add("Apple");
        fruits.add("Banana");
        fruits.add("Cherry");

        // 遍历元素
        for (String fruit : fruits) {
            System.out.println(fruit);
        }
    }
}

解释： - ArrayList是一个动态数组，可以自动调整大小。 - add()方法用于向列表中添加元素。 - 使用增强的for循环遍历列表中的元素。

2.2 使用HashSet存储唯一元素¶

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

public class HashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个HashSet对象
        Set<String> cities = new HashSet<>();

        // 添加元素
        cities.add("New York");
        cities.add("London");
        cities.add("Paris");
        cities.add("New York"); // 重复元素不会被添加

        // 遍历元素
        for (String city : cities) {
            System.out.println(city);
        }
    }
}

解释： - HashSet是一个不允许重复元素的集合。 - 即使尝试添加重复元素，集合中也不会包含重复项。 - 使用增强的for循环遍历集合中的元素。

2.3 使用HashMap存储键值对¶

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class HashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个HashMap对象
        Map<String, Integer> population = new HashMap<>();

        // 添加键值对
        population.put("New York", 8419000);
        population.put("London", 8900000);
        population.put("Paris", 2148000);

        // 获取并打印值
        System.out.println("Population of New York: " + population.get("New York"));

        // 遍历键值对
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : population.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
        }
    }
}

解释： - HashMap存储键值对，键不允许重复。 - put()方法用于添加键值对。 - get()方法用于根据键获取值。 - 使用entrySet()方法遍历键值对。

3. 练习题¶

3.1 简单练习¶

题目：创建一个ArrayList，添加5个不同的整数，然后打印出列表中的所有元素。

提示：使用add()方法添加元素，使用增强的for循环遍历列表。

3.2 中等练习¶

题目：创建一个HashSet，添加10个字符串（其中包含重复的字符串），然后打印出集合中的所有元素。观察输出结果，解释为什么某些元素没有出现在集合中。

提示：HashSet不允许重复元素，重复的字符串不会被添加到集合中。

3.3 复杂练习¶

题目：创建一个HashMap，存储5个国家的名称及其首都。编写一个方法，接受国家名称作为参数，并返回该国家的首都。如果国家不存在于映射中，则返回“Unknown”。

提示：使用get()方法获取值，使用containsKey()方法检查键是否存在。

4. 总结¶

集合框架：Java集合框架提供了一套标准化的接口和类，用于存储和操作一组对象。
常用接口：Collection、List、Set、Map是集合框架中最常用的接口。
常用实现类：ArrayList、LinkedList、HashSet、TreeSet、HashMap、TreeMap是常用的集合实现类。
代码示例：通过ArrayList、HashSet、HashMap的示例代码，展示了如何使用这些集合类进行数据的存储和操作。
练习题：通过简单的、中等的和复杂的练习题，帮助读者巩固对集合框架的理解和应用。

通过本章的学习，你应该对Java集合框架的基本结构和常用接口有了初步的了解，并能够使用常见的集合类进行编程。