Java 集合之 SortedSet 和 SortedMap

1、 SortedSet 接口

（1）Set 操作

（2）范围操作

（3）端点操作

（4）比较器访问

2、SortedMap 接口

1、 SortedSet 接口

SortedSet 是一个按升序维护其元素的集合，根据元素的自然顺序或根据 SortedSet 创建时提供的Comparator进行排序。除了普通的Set操作外，SortedSet接口还提供以下操作:

范围操作 — 允许对排序集进行任意范围操作
端点操作 — 返回排序集的第一个或最后一个元素
访问比较器 — 返回用于对Set排序的Comparator(如果有的话)

下面是SortedSet接口的代码：

package java.util;
public interface SortedSet<E> extends Set<E> {// 返回对集合中的元素排序的比较器，如果集合使用其元素的Comparable自然排序，则返回null。Comparator<? super E> comparator();// 返回该集合中元素范围从fromElement(包括)到toElement(排除)的部分的视图。// (如果fromElement和toElement相等，返回的集合为空。)SortedSet<E> subSet(E fromElement, E toElement);// 返回该集合中元素从开始元素到 toElement 的视图。SortedSet<E> headSet(E toElement);// 返回该集合中元素从 fromElement 到最后元素的视图。SortedSet<E> tailSet(E fromElement);// 返回当前集合中的第一个(最低的)元素。E first();// 返回当前在此集合中的最后(最高)元素E last();
}

（1）Set 操作

SortedSet 继承自 Set 的操作在 sorted sets 和普通的 sets 的行为完全相同，只有两个例外:

迭代器操作返回的Iterator按顺序遍历已排序的集合。
toArray返回的数组按顺序包含已排序集合的元素。

尽管 Set 接口不能保证 toString 方法的顺序，但是Java平台 SortedSet 实现的toString方法按顺序返回一个包含排序集所有元素的字符串。

标准构造函数

按照约定，所有Collection的实现都实现了Collection接口的标准转换构造函数，SortedSet的实现也不例外。在TreeSet中，这个构造函数将创建一个实例，该实例根据元素的自然顺序对元素进行排序。

但是，最好是动态地去检查指定的集合是否为SortedSet实例，如果是，则根据相同的条件(比较器或自然排序)对新的TreeSet进行排序。因为TreeSet采用了它以前的做法，所以它还提供了一个构造函数，该构造函数接受SortedSet并返回一个新的TreeSet，其中包含按照相同条件排序的相同元素。在编译时决定调用这两个构造函数中的哪一个(以及是否保留排序条件)。

实现还按照约定提供了一个构造函数，该构造函数接受一个Comparator，并根据指定的Comparator返回一个空的有序集实例。如果将null传递给这个构造函数，它将返回一个集合实例，该集合根据元素的自然顺序对元素进行排序。

（2）范围操作

SortedSet 的范围操作有点类似于List接口提供的范围操作，但是有一个很大的区别。如果直接修改了支持的排序集，排序集的范围视图仍然有效。因为排序集的范围视图的端点是元素空间中的绝对点，而列表范围视图的端点是支持集合(list)中的特定元素。一个有序集合的范围视图实际上只是一个窗口，它指向位于元素空间指定部分的集合的任何部分。对范围视图的更改会写回支持的排序集，反之亦然。因此，与在列表上使用范围视图不同，在长时间内对已排序的集合使用范围视图是可以的。// 这个问题可以通过程序验证一下

SortedSet 提供三个范围操作方法。第一个方法是 subSet ，它接受两个端点。接收的端点参数是对象而不是索引，并且必须与 SortedSet 中的元素具有可比性。和subblist一样，区间是半开的，左闭右开区间（包括左边，但不包括右边）。

下列代码代码中统计SortedSet集合dictionary中"doorbell" 和 "pickle"之间包含了多少元素：

int count = dictionary.subSet("doorbell", "pickle").size();

下面的一行程序删除了所有以字母在 [" f ", " g ") 中开头的元素。

dictionary.subSet("f", "g").clear();// 示例
public static void main(String[] args) {SortedSet<String> set = new TreeSet<>();set.add("was");set.add("elements");set.add("beginning");set.add("code");set.add("with");set.add("many");set.add("between");// 统计 SortedSet 集合中，每个字母开头的单词有多少set.forEach(x-> System.out.print(x+" "));System.out.println("");set.subSet("b","m").clear(); // 清除指定元素set.forEach(x-> System.out.print(x+" "));}

输出结果：

beginning between code elements many was with
many was with

统计 SortedSet 集合中，每个字母开头的单词有多少

public static void main(String[] args) {SortedSet<String> set = new TreeSet<>();set.add("was");set.add("elements");set.add("beginning");set.add("code");set.add("with");set.add("many");set.add("between");// 统计 SortedSet 集合中，每个字母开头的单词有多少for (char ch = 'a'; ch <= 'z'; ) {String from = String.valueOf(ch++);String to = String.valueOf(ch);System.out.print(from + ": " + set.subSet(from, to).size() + "|");}}
// 输出
a: 0|b: 2|c: 1|d: 0|e: 1|f: 0|g: 0|h: 0|i: 0|j: 0|k: 0|l: 0|m: 1|n: 0|o: 0|p: 0|q: 0|r: 0|s: 0|t: 0|u: 0|v: 0|w: 2|x: 0|y: 0|z: 0|

如果想查看包含两个端点的封闭区间，且元素类型允许计算元素空间中给定值的后继节点，那么只需要请求从lowEndpoint到后继节点(highEndpoint)的子集。比如，在string的自然顺序中，字符串s的继承者是s +“\0”（即，s加上一个空字符）。

包含两个端点的封闭区间示例：

int count = dictionary.subSet("doorbell", "pickle\0").size();
// 测试数据
public static void main(String[] args) {SortedSet<String> dictionary = new TreeSet<>();dictionary.add("was");dictionary.add("elements");dictionary.add("beginning");dictionary.add("code");dictionary.add("with");dictionary.add("many");dictionary.add("between");dictionary.add("doorbell");dictionary.add("pickle");// 统计 SortedSet 集合中，每个字母开头的单词有多少dictionary.forEach(x->System.out.print(x+" "));System.out.print(""); // 换行int count = dictionary.subSet("doorbell", "pickle\0").size();System.out.println("doorbell to pickle num:"+ count);}

输出结果：

beginning between code doorbell elements many pickle was with
doorbell to pickle num:4 // 非封闭区间为3

类似的双开区间示例代码如下：

int count = dictionary.subSet("doorbell\0", "pickle").size();

SortedSet 接口包含另外两个范围视图操作— headSet 和 tailSet，

SortedSet<String> volume1 = dictionary.headSet("e");
SortedSet<String> volume2 = dictionary.tailSet("e");// 示例程序
public static void main(String[] args) {SortedSet<String> dictionary = new TreeSet<>();dictionary.add("was");dictionary.add("elements");dictionary.add("beginning");dictionary.add("code");dictionary.add("with");dictionary.add("many");dictionary.add("between");dictionary.add("doorbell");dictionary.add("pickle");// 统计 SortedSet 集合中，每个字母开头的单词有多少dictionary.forEach(x->System.out.print(x+" "));System.out.println("");SortedSet<String> volume1 = dictionary.headSet("e");volume1.forEach(x->System.out.print(x+" ")); System.out.println("");SortedSet<String> volume2 = dictionary.tailSet("e");volume2.forEach(x->System.out.print(x+" "));}

输出结果：

dictionary：beginning between code doorbell elements many pickle was with
headSet：beginning between code doorbell
tailSet：elements many pickle was with

（3）端点操作

SortedSet 接口调用 first 和 last 方法返回排序集中的第一个和最后一个元素的操作，在 SortedSet 集合中，可能希望进入Set的内部并向前或向后迭代。从内部向前迭代比较容易实现：只需要获得一个尾集并在其上进行迭代，但是比较麻烦的是向后迭代。

String last = dictionary.headSet("e").last();// 示例代码
public static void main(String[] args) {SortedSet<String> dictionary = new TreeSet<>();dictionary.add("was");dictionary.add("elements");dictionary.add("beginning");dictionary.add("code");dictionary.add("with");dictionary.add("many");dictionary.add("between");dictionary.add("doorbell");dictionary.add("pickle");// 统计 SortedSet 集合中，每个字母开头的单词有多少dictionary.forEach(x->System.out.print(x+" "));System.out.println("");String last = dictionary.headSet("e").last();System.out.println(last);}

上边方法实现了从排序集合内部的一个点向后移动一个元素。虽然可以重复应用它来实现向后迭代，但这种方法非常低效，需要查找返回的每个元素。// 仅作示例

（4）比较器访问

SortedSet 接口有一个访问比较器的 comparator 方法，该方法返回用于对集合排序的comparator，如果集合根据其元素的自然顺序排序，则返回null。提供此方法是为了将排序集复制到具有相同排序的新排序集中。它由前面描述的 SortedSet 构造函数使用。

2、SortedMap 接口

SortedMap 是一种按升序维护其 entries 的Map，根据 key 的自然顺序或根据创建SortedMap时提供的Comparator进行排序。SortedMap 接口除了提供正常的 Map 操作外还有以下操作:

范围查询 — 对已排序的 Map 执行任意范围操作
端点操作— 返回已排序 Map 中的第一个或最后一个Key
访问比较器 — 返回用于对 Map 进行排序的比较器(如果有的话)

下面的接口是 SortedSet 的 Map 模拟。// java中的SortedMap接口

package java.util;
public interface SortedMap<K,V> extends Map<K,V> {// 返回用于对该Map中的key排序的比较器Comparator<? super K> comparator();// 子视图SortedMap<K,V> subMap(K fromKey, K toKey);// 指定key的前置视图SortedMap<K,V> headMap(K toKey);// 指定key的后置视图SortedMap<K,V> tailMap(K fromKey);// 第一个keyK firstKey();// 最后一个keyK lastKey();// 所有key的集合Set<K> keySet();// 所有值的集合Collection<V> values();// 所有键值对的集合Set<Map.Entry<K, V>> entrySet();
}

因为SortedSet 接口的所有用法和代码示例只需要稍加修改就适用于SortedMap。在此不做过多赘述。