Java集合框架与泛型：Set集合¶

概述¶

在Java编程中，集合框架（Collections Framework）提供了一套用于存储和操作数据的接口和类。Set接口是集合框架中的一个重要组成部分，它代表一个不允许重复元素的集合。Set接口的主要实现类包括HashSet、LinkedHashSet和TreeSet。本文将详细介绍Set接口及其实现类的使用。

Set接口简介¶

Set接口继承自Collection接口，它定义了一个不允许包含重复元素的集合。Set接口的主要特点包括：

不允许重复元素：Set集合中的元素是唯一的，如果尝试添加重复元素，操作将被忽略。
无序性：Set集合中的元素没有特定的顺序（除了TreeSet，它根据元素的自然顺序或自定义比较器进行排序）。
允许包含null元素：大多数Set实现类允许包含一个null元素。

Set接口的主要实现类¶

1. HashSet¶

HashSet是Set接口的最常用实现类，它基于哈希表实现。HashSet的特点包括：

无序性：元素没有特定的顺序。
允许null元素：HashSet允许包含一个null元素。
高效性：HashSet的添加、删除和查找操作的时间复杂度为O(1)。

示例1：使用HashSet存储字符串¶

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

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

        // 添加元素
        set.add("Apple");
        set.add("Banana");
        set.add("Cherry");
        set.add("Apple"); // 重复元素，不会被添加

        // 输出集合内容
        System.out.println("Set: " + set); // 输出: Set: [Apple, Banana, Cherry]

        // 检查元素是否存在
        System.out.println("Contains 'Banana': " + set.contains("Banana")); // 输出: true

        // 删除元素
        set.remove("Cherry");
        System.out.println("Set after removal: " + set); // 输出: Set after removal: [Apple, Banana]
    }
}

2. LinkedHashSet¶

LinkedHashSet是HashSet的子类，它在HashSet的基础上维护了一个双向链表，以保持元素的插入顺序。LinkedHashSet的特点包括：

有序性：元素按照插入顺序排列。
允许null元素：LinkedHashSet允许包含一个null元素。
高效性：LinkedHashSet的添加、删除和查找操作的时间复杂度为O(1)。

示例2：使用LinkedHashSet存储整数¶

import java.util.LinkedHashSet;
import java.util.Set;

public class LinkedHashSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个LinkedHashSet实例
        Set<Integer> set = new LinkedHashSet<>();

        // 添加元素
        set.add(10);
        set.add(20);
        set.add(30);
        set.add(10); // 重复元素，不会被添加

        // 输出集合内容
        System.out.println("Set: " + set); // 输出: Set: [10, 20, 30]

        // 检查元素是否存在
        System.out.println("Contains 20: " + set.contains(20)); // 输出: true

        // 删除元素
        set.remove(30);
        System.out.println("Set after removal: " + set); // 输出: Set after removal: [10, 20]
    }
}

3. TreeSet¶

TreeSet是基于红黑树（Red-Black Tree）实现的Set集合，它根据元素的自然顺序或自定义比较器进行排序。TreeSet的特点包括：

有序性：元素按照自然顺序或自定义顺序排列。
不允许null元素：TreeSet不允许包含null元素。
高效性：TreeSet的添加、删除和查找操作的时间复杂度为O(log n)。

示例3：使用TreeSet存储字符串¶

import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;

public class TreeSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个TreeSet实例
        Set<String> set = new TreeSet<>();

        // 添加元素
        set.add("Orange");
        set.add("Apple");
        set.add("Banana");
        set.add("Apple"); // 重复元素，不会被添加

        // 输出集合内容
        System.out.println("Set: " + set); // 输出: Set: [Apple, Banana, Orange]

        // 检查元素是否存在
        System.out.println("Contains 'Banana': " + set.contains("Banana")); // 输出: true

        // 删除元素
        set.remove("Orange");
        System.out.println("Set after removal: " + set); // 输出: Set after removal: [Apple, Banana]
    }
}

练习题¶

练习1：基本操作¶

创建一个HashSet，添加5个不同的字符串元素，并打印集合内容。
尝试添加一个重复元素，观察集合内容是否发生变化。
删除一个元素，并打印删除后的集合内容。

练习2：LinkedHashSet的有序性¶

创建一个LinkedHashSet，添加5个不同的整数元素，并打印集合内容。
观察元素的顺序是否与插入顺序一致。
删除一个元素，并打印删除后的集合内容。

练习3：TreeSet的排序¶

创建一个TreeSet，添加5个不同的字符串元素，并打印集合内容。
观察元素是否按照自然顺序排列。
尝试添加一个null元素，观察是否抛出异常。

总结¶

Set接口：Set接口代表一个不允许重复元素的集合，主要实现类包括HashSet、LinkedHashSet和TreeSet。
HashSet：基于哈希表实现，元素无序，允许null元素，操作高效。
LinkedHashSet：在HashSet的基础上维护插入顺序，元素有序，允许null元素，操作高效。
TreeSet：基于红黑树实现，元素有序，不允许null元素，操作时间复杂度为O(log n)。
应用场景：根据具体需求选择合适的Set实现类，如需要快速查找且不关心顺序时使用HashSet，需要保持插入顺序时使用LinkedHashSet，需要排序时使用TreeSet。

通过本文的学习，你应该已经掌握了Set接口及其主要实现类的基本用法。接下来，你可以通过练习题进一步巩固所学知识，并在实际项目中灵活运用Set集合。