第 17 章 Java 的集合物件

1. 第17章 Java的集合物件 • 17-1 集合物件的基礎 • 17-2 實作Set介面的集合類別 • 17-3 實作List介面的集合類別 • 17-4 實作Map介面的集合類別 • 17-5 輸出集合物件的元素

2. 17-1 集合物件的基礎 • 17-1-1 Java Collections Framework • 17-1-2 集合介面 • 17-1-3 泛型Java的集合物件

3. 17-1-1 Java Collections Framework-說明 • 「集合物件」（Collections）是指一組相關的物件集合，將這組物件集合視為單一物件，在集合物件中的物件稱為「元素」（Elements），集合物件有很多種，其儲存的元素可能允許重複，有些集合物件的元素會進行排序，在舊版Java技術是指Vector和Hashtable物件。

4. 17-1-1 Java Collections Framework-架構1 • JDK 1.2之後的版本提供全新的集合物件架構，稱為Java Collections Framework，這是用來儲存和處理集合物件的統一軟體架構，其組成如下所示： • 集合介面（Collection Interface）：一組定義完善的Java介面，提供處理集合物件的標準介面，其目的是讓集合物件擁有一致的操作方式，包含：Collection、Set、SortedSet、List、Map和SortedMap介面。

5. 17-1-1 Java Collections Framework-架構2 • 實作（Implementations）：實作集合介面的類別，稱為「具體類別」（Concrete Class），對比抽象類別，這是可以使用new運算子建立實例的類別，以實作的集合介面來區分，常用的介面如下表所示：

6. 17-1-1 Java Collections Framework-架構3 • 演算法（Algorithms）：當物件實作集合介面，其實作的一些多形方法，可以執行集合物件元素的搜尋與排序等演算法。

7. 17-1-2 集合介面-說明 • 集合介面（Collection Interface）是用來處理集合物件中儲存的物件，提供一致的物件操作方式來新增、刪除和搜尋元素的方法，這是一個介面型態的類別架構，其根介面是：Collection和Map介面。

8. 17-1-2 集合介面-Collection集合介面(圖例) • Collection介面的擁有Set和List子介面，Set介面擁有SortedSet子介面，介面的繼承架構，如右圖所示：

9. 17-1-2 集合介面-Collection集合介面(介面說明) • Collection介面：類別架構的根介面，不過並沒有任何類別直接實作Collection介面，Java Collections Framework的具體類別（Concrete Class）都是實作其子介面。 • Set介面：實作Set介面的集合物件，其儲存元素沒有重複元素。 • List介面：實作List介面的集合物件可以擁有重複元素，元素是以循序方式存入，可以使用類似陣列索引方式來存取元素。 • SortedSet介面：Set介面的子介面，實作SortedSet介面的集合物件，其儲存元素不只沒有重複，而且是從小到大進行排序。

10. 17-1-2 集合介面-Map集合介面(圖例) • Map介面並不是Collection介面的子介面，Map介面是一種特殊的Set介面，儲存的資料是一組對應元素，擁有子介面SortedMap，介面繼承架構，如右圖所示：

11. 17-1-2 集合介面-Map集合介面(介面說明) • Map介面：實作Map介面的集合物件並沒有重複元素，儲存的元素是一對：鍵值（Key）和值（Value），這是一種單方向的對應，鍵值可以對應其值，例如：網域名稱對應IP位址。 • SortedMap介面：對應SortedSet介面的Map介面子介面，實作SortedMap介面的集合物件，其儲存元素沒有重複，而且是以鍵值由小到大進行排序。

12. 17-1-3 泛型Java的集合物件-說明 • 「泛型Java」（Generic Java）是JDK 5.0版在Java語法上的重大變革，提供類似C++語言的「樣版」（Templates）語法，新增編譯階段的集合物件型態檢查功能，可以減少程式碼中取出元素所需的大量型態轉換。

13. 17-1-3 泛型Java的集合物件-泛型型態 • 泛型Java可以使用「泛型型態」（Generic Types）來擴充Java語言，簡單的說，就是在建立集合物件時，以泛型型態指定集合物件儲存元素的資料型態，如下所示： HashSet<Byte> hset = new HashSet<Byte>(); HashSet<Float> hset = new HashSet<Float>(); HashSet<String> hset = new HashSet<String>(); • 使用”<”和”>”括起資料型態就是泛型型態，它是用來指定集合物件儲存元素的資料型態。

14. 17-2 實作Set介面的集合類別 • 17-2-1 Set介面的基礎 • 17-2-2 HashSet類別 • 17-2-3 TreeSet類別

15. 17-2 實作Set介面的集合類別 • Set介面是Collection介面的子介面，實作Set介面的集合物件，其儲存元素並沒有重複，如果是實作子介面SortedSet的集合物件，儲存的就是排序元素。

16. 17-2-1 Set介面的基礎-說明 • Set介面繼承Collection介面的所有方法，只是規範建構子和某些方法，以滿足其儲存元素不能重複。

17. 17-2-1 Set介面的基礎-介面方法

18. 17-2-2 HashSet類別-說明 • HashSet類別實作Set介面，繼承Collection介面的方法，使用「雜湊表」（Hash Table）演算法來改進新增、刪除和存取集合物件元素的執行效率，其儲存元素的排列和插入順序不同，也不保證擁有固定的排列順序。

19. 17-2-2 HashSet類別-建立物件 • HashSet類別提供數種過載建構子，在Java程式建立HashSet物件，如下所示： HashSet<String> hset = new HashSet<String>(); • 上述程式碼建立儲存字串元素的HashSet物件，泛型型態為String。

20. 17-2-2 HashSet類別-建構子 • 過載建構子的說明，如下表所示：

21. 17-2-3 TreeSet類別-說明 • TreeSet類別實作SortedSet介面，這是Set介面的子介面，其儲存元素不只沒有重複，而且由小到大進行排序，這是一種「排序集合物件」（Sorted Collection）。

22. 17-2-3 TreeSet類別-建立物件 • TreeSet類別提供數種過載建構子，在Java程式建立TreeSet物件，如下所示： TreeSet<String> tset = new TreeSet<String>(); • 上述程式碼建立儲存字串元素的TreeSet物件。

23. 17-2-3 TreeSet類別-建構子 • 過載建構子的說明，如下表所示：

24. 17-2-3 TreeSet類別-介面方法 • TreeSet類別實作SortedSet介面，除了繼承Set介面的方法外，其新增的介面方法，如下表所示：

25. 17-3 實作List介面的集合類別 • 17-3-1 List介面的基礎 • 17-3-2 ArrayList類別 • 17-3-3 LinkedList類別

26. 17-3-1 List介面的基礎-說明 • List介面也是繼承自Collection介面，實作此介面的集合類別是一種「循序集合物件」（Ordered Collection），允許儲存重複元素，而且元素擁有索引位置，可以使用類似陣列索引方式來存取元素。 • 「循序集合物件」（Ordered Collection）和「排序集合物件」（Sorted Collection）並不相同，循序集合物件如同陣列是以元素位置的索引來排列；排序集合物件是以元素值的大小進行排序。

27. 17-3-1 List介面的基礎-介面方法

28. 17-3-2 ArrayList類別-說明 • ArrayList類別實作List介面，儲存元素的方式類似陣列，元素使用索引位置依序存入，只需將元素新增或插入ArrayList物件，並不用事先宣告物件的尺寸，如同一個可調整陣列尺寸的動態陣列。

29. 17-3-2 ArrayList類別-建立物件 • 在Java程式建立ArrayList物件，如下所示： ArrayList<String> alist = new ArrayList<String>(); • 上述程式碼使用建構子建立ArrayList物件儲存字串元素，泛型型態是String。

30. 17-3-2 ArrayList類別-建構子 • 過載建構子的說明，如下表所示：

31. 17-3-2 ArrayList類別-介面方法 • ArrayList物件除了實作List介面的方法外，還新增一些方法，其說明如下表所示：

32. 17-3-2 ArrayList類別-範例 • 在新增ArrayList物件的元素後，Java程式可以使用for迴圈配合索引取得每一個物件元素，如下所示： for ( int i = 0; i < alist.size(); i++ ) System.out.print(alist.get(i)+" "); • 程式碼使用size()方法取得元素數，get()方法配合索引位置取出ArrayList物件的元素。

33. 17-3-3 LinkedList類別-說明 • LinkedList類別是實作List介面，這是類似「鏈結串列」（Linked Lists）資料結構的類別，各節點如同火車掛車廂一般，將每一個車廂的節點連接起來，如下圖所示：

34. 17-3-3 LinkedList類別-建構子 • LinkedList類別提供方法可以在串列的頭和尾取出和刪除元素，在Java程式只需使用建構子就可建立LinkedList物件，過載建構子的說明，如下表所示：

35. 17-3-3 LinkedList類別-方法 • LinkedList物件除了實作List介面的方法外，新增方法的說明，如下表所示：

36. 17-4 實作Map介面的集合類別 • 17-4-1 Map介面的基礎 • 17-4-2 HashMap類別 • 17-4-3 TreeMap類別

37. 17-4-1 Map介面的基礎-說明 • Map介面是類別架構的根介面，擁有子介面SortedMap介面，實作Map介面的集合類別，其儲存物件共有2個：鍵值（Key）和對應值（Value）的物件，其中鍵值不可重複，一個鍵值對應一個值。

38. 17-4-1 Map介面的基礎-介面方法

39. 17-4-2 HashMap類別-說明 • HashMap類別實作Map介面，相當於是舊版的Hashtable類別，其儲存元素有2個：key鍵值和其對應值，允許儲存null值。 • HashMap類別提供數種過載的建構子，在Java程式建立HashMap物件，如下所示： HashMap<String,String> hmap = new HashMap<String,String>(); • 程式碼建立HashMap物件，因為儲存元素有鍵值和對應值，所以指定2個泛型型態。

40. 17-4-2 HashMap類別-建構子 • 過載建構子的說明，如下表所示：

41. 17-4-3 TreeMap類別-說明 • TreeMap類別實作SortedMap介面，SortedMap介面是Map介面的子介面，實作此介面的集合物件是以鍵值由小到大進行排序。 • 在Java程式建立String資料型態的TreeMap物件，如下所示： TreeMap<String,String> tmap = new TreeMap<String,String>();

42. 17-4-3 TreeMap類別-建構子 • 過載建構子的說明，如下表所示：

43. 17-4-3 TreeMap類別-介面方法 • TreeMap類別實作SortedMap介面，除了繼承Map介面的方法外，其新增的介面方法，如下表所示：

44. 17-5 輸出集合物件的元素 • 17-5-1 Iterator介面輸出元素 • 17-5-2 ListIterator介面輸出元素

45. 17-5-1 Iterator介面輸出元素-說明 • Iterator介面改進舊版Java技術的Enumeration介面，提供一致方法來走訪集合物件的元素或刪除元素，因為Collections集合物件已經實作Iterator介面，換句話說，只需使用Collection、Set和List介面的iterator()方法，就可以取得Iterator<E>介面的物件，如下表所示：

46. 17-5-1 Iterator介面輸出元素-範例 • 例如：HashSet<String>物件hset可以使用上表方法取得Iterator介面物件，如下所示： Iterator<String> iterator = hset.iterator(); • 上述程式碼是將HashSet物件的元素轉換成Iterator<E>介面物件，泛型型態為String，現在我們只需呼叫介面方法，就可以依序走訪和刪除元素。

47. 17-5-1 Iterator介面輸出元素-介面方法 • 在取得Iterator<E>介面物件後，即可配合while迴圈走訪集合物件的元素，如下所示： while (iterator.hasNext()) System.out.print(" "+iterator.next()); • 上述程式碼使用hasNext()方法檢查是否有下一個元素，如果有，使用next()方法取得此元素。

48. 17-5-2 ListIterator介面輸出元素-說明 • 實作List介面的集合物件除了可以使用Iterator介面外，還可以使用ListIterator介面，這是Iterator介面的子介面，除了可以使用一致的走訪方法外，還可以雙向走訪集合物件的元素，即從頭到尾，或是從尾到頭的走訪。

49. 17-5-2 ListIterator介面輸出元素-取得介面物件 • List介面物件listIterator()方法，可以取得ListIterator<E>介面物件，如下表所示：

50. 17-5-2 ListIterator介面輸出元素-範例 • 例如：ArrayList<String>物件alist可以使用上表方法取得ListIterator介面物件，如下所示： ListIterator<String> iterator = alist.listIterator(0); • 上述程式碼是將ArrayList物件的元素轉換成ListIterator<E>介面物件，泛型型態為String，然後就可以使用介面方法雙向走訪、新增、取代和刪除元素。