java基础系列：集合基础（2）

集合的类型

V e c t o r

崩溃 Java
Java 标准集合里包含了 toString()方法，所以它们能生成自己的 String 表达方式，包括它们容纳的对象。
例如在 Vector 中， toString()会在 Vector 的各个元素中步进和遍历，并为每个元素调用 toString()。假定我们现在想打印出自己类的地址。看起来似乎简单地引用 this 即可（特别是 C++程序员有这样做的倾向）：

public class CrashJava {public String toString() {return "CrashJava address: " + this + "\n";}public static void main(String[] args) {Vector v = new Vector();for (int i = 0; i < 10; i++)v.addElement(new CrashJava());System.out.println(v);}
}

此时发生的是字串的自动类型转换。当我们使用下述语句时：
“CrashJava address: ” + this
编译器就在一个字串后面发现了一个“ +”以及好象并非字串的其他东西，所以它会试图将 this 转换成一个字串。转换时调用的是 toString()，后者会产生一个递归调用。若在一个 Vector 内出现这种事情，看起来堆栈就会溢出，同时违例控制机制根本没有机会作出响应。
若确实想在这种情况下打印出对象的地址，解决方案就是调用 Object 的 toString 方法。此时就不必加入this，只需使用 super.toString()。当然，采取这种做法也有一个前提：我们必须从 Object 直接继承，或者没有一个父类覆盖了 toString 方法。

B i t S e t

BitSet 实际是由“ 二进制位”构成的一个 Vector。如果希望高效率地保存大量“开－关”信息，就应使用BitSet。它只有从尺寸的角度看才有意义；如果希望的高效率的访问，那么它的速度会比使用一些固有类型的数组慢一些。
BitSet 的最小长度是一个长整数（ Long）的长度： 64 位。这意味着假如我们准备保存比这更小的数据，如 8 位数据，那么 BitSet 就显得浪费了。所以最好创建自己的类，用它容纳自己的标志位。

S t a c k

Stack 有时也可以称为“后入先出”（ LIFO）集合。换言之，我们在堆栈里最后“压入”的东西将是以后第
一个“弹出”的。和其他所有 Java 集合一样，我们压入和弹出的都是“对象”，所以必须对自己弹出的东西
进行“造型”。
下面是一个简单的堆栈示例，它能读入数组的每一行，同时将其作为字串压入堆栈。

public class Stacks {static String[] months = { "January", "February", "March", "April", "May","June", "July", "August", "September", "October", "November","December" };public static void main(String[] args) {Stack stk = new Stack();for (int i = 0; i < months.length; i++)stk.push(months[i] + " ");System.out.println("stk = " + stk);// Treating a stack as a Vector:stk.addElement("The last line");System.out.println("element 5 = " + stk.elementAt(5));System.out.println("popping elements:");while (!stk.empty())System.out.println(stk.pop());}
}

months 数组的每一行都通过 push()继承进入堆栈，稍后用 pop()从堆栈的顶部将其取出。要声明的一点是，Vector 操作亦可针对 Stack 对象进行。这可能是由继承的特质决定的—— Stack“属于”一种 Vector。因此，能对 Vector 进行的操作亦可针对 Stack 进行，例如 elementAt()方法

H a s h t a b l e

Vector 允许我们用一个数字从一系列对象中作出选择，所以它实际是将数字同对象关联起来了。
但假如我们想根据其他标准选择一系列对象呢？堆栈就是这样的一个例子：它的选择标准是“最后压入堆栈的东西”。
这种“从一系列对象中选择”的概念亦可叫作一个“映射”、“字典”或者“关联数组”。从概念上讲，它看起来象一个 Vector，但却不是通过数字来查找对象，而是用另一个对象来查找它们！这通常都属于一个程序中的重要进程。
在 Java 中，这个概念具体反映到抽象类 Dictionary 身上。该类的接口是非常直观的 size()告诉我们其中包含了多少元素； isEmpty()判断是否包含了元素（是则为 true）； put(Object key, Object value)添加一个值（我们希望的东西），并将其同一个键关联起来（想用于搜索它的东西）； get(Object key)获得与某个键对应的值；而 remove(Object Key)用于从列表中删除“键－值”对。还可以使用枚举技术： keys()产生对键的一个枚举（ Enumeration）；而 elements()产生对所有值的一个枚举。这便是一个 Dict ionary（字典）的全部。

public class AssocArray extends Dictionary {private Vector keys = new Vector();private Vector values = new Vector();public int size() {return keys.size();}public boolean isEmpty() {return keys.isEmpty();}public Object put(Object key, Object value) {keys.addElement(key);values.addElement(value);return key;}public Object get(Object key) {int index = keys.indexOf(key);// indexOf() Returns -1 if key not found:if (index == -1)return null;return values.elementAt(index);}public Object remove(Object key) {int index = keys.indexOf(key);if (index == -1)return null;keys.removeElementAt(index);Object returnval = values.elementAt(index);values.removeElementAt(index);return returnval;}public Enumeration keys() {return keys.elements();}public Enumeration elements() {return values.elements();}// Test it:public static void main(String[] args) {AssocArray aa = new AssocArray();for (char c = 'a'; c <= 'z'; c++)aa.put(String.valueOf(c), String.valueOf(c).toUpperCase());char[] ca = { 'a', 'e', 'i', 'o', 'u' };for (int i = 0; i < ca.length; i++)System.out.println("Uppercase: " + aa.get(String.valueOf(ca[i])));}
}

在对 AssocArray 的定义中，我们注意到的第一个问题是它“扩展”了字典。这意味着 AssocArray 属于Dictionary 的一种类型，所以可对其发出与 Dictionary 一样的请求。如果想生成自己的 Dictionary，而且就在这里进行，那么要做的全部事情只是填充位于 Dictionary 内的所有方法（而且必须覆盖所有方法，因为
它们—— 除构建器外—— 都是抽象的）。
标准 Java 库只包含 Dictionary 的一个变种，名为 Hashtable（散列表，注释③）。 Java 的散列表具有与AssocArray 相同的接口（因为两者都是从 Dictionary 继承来的）。但有一个方面却反映出了差别：执行效率。若仔细想想必须为一个 get()做的事情，就会发现在一个 Vector 里搜索键的速度要慢得多。但此时用散列表却可以加快不少速度。不必用冗长的线性搜索技术来查找一个键，而是用一个特殊的值，名为“散列码”。散列码可以获取对象中的信息，然后将其转换成那个对象“相对唯一”的整数（ int）。所有对象都有一个散列码，而 hashCode()是根类 Object 的一个方法。 Hashtable 获取对象的 hashCode()，然后用它快速查找键。

class Counter {int i = 1;public String toString() {return Integer.toString(i);}
}class Statistics {public static void main(String[] args) {Hashtable ht = new Hashtable();for (int i = 0; i < 10000; i++) {// Produce a number between 0 and 20:Integer r = new Integer((int) (Math.random() * 20));if (ht.containsKey(r))((Counter) ht.get(r)).i++;elseht.put(r, new Counter());}System.out.println(ht);}
}

创建“关键”类
但在使用散列表的时候，一旦我们创建自己的类作为键使
用，就会遇到一个很常见的问题。例如，假设一套天气预报系统将Groundhog（土拔鼠）对象匹配成Prediction（预报）。这看起来非常直观：我们创建两个类，然后将Groundhog 作为键使用，而将Prediction 作为值使用。如下所示：

class Groundhog {int ghNumber;Groundhog(int n) {ghNumber = n;}
}class Prediction {boolean shadow = Math.random() > 0.5;public String toString() {if (shadow)return "Six more weeks of Winter!";elsereturn "Early Spring!";}
}public class SpringDetector {public static void main(String[] args) {Hashtable ht = new Hashtable();for (int i = 0; i < 10; i++)ht.put(new Groundhog(i), new Prediction());System.out.println("ht = " + ht + "\n");System.out.println("Looking up prediction for groundhog #3:");Groundhog gh = new Groundhog(3);if (ht.containsKey(gh))System.out.println((Prediction) ht.get(gh));}
}

问题在于Groundhog 是从通用的 Object 根类继承的（若当初未指
定基础类，则所有类最终都是从 Object 继承的）。事实上是用 Object 的 hashCode()方法生成每个对象的散列码，而且默认情况下只使用它的对象的地址。所以， Groundhog(3)的第一个实例并不会产生与Groundhog(3)第二个实例相等的散列码，而我们用第二个实例进行检索
或许认为此时要做的全部事情就是正确地覆盖 hashCode()。但这样做依然行不能，除非再做另一件事情：覆盖也属于 Object 一部分的 equals()。当散列表试图判断我们的键是否等于表内的某个键时，就会用到这个方法。同样地，默认的 Object.equals()只是简单地比较对象地址，所以一个 Groundhog(3)并不等于
另一个 Groundhog(3)。
因此，为了在散列表中将自己的类作为键使用，必须同时覆盖 hashCode()和 equals()，就象下面展示的那样：

class Groundhog {int ghNumber;Groundhog(int n) {ghNumber = n;}
}class Prediction {boolean shadow = Math.random() > 0.5;public String toString() {if (shadow)return "Six more weeks of Winter!";elsereturn "Early Spring!";}
}public class SpringDetector {public static void main(String[] args) {Hashtable ht = new Hashtable();for (int i = 0; i < 10; i++)ht.put(new Groundhog(i), new Prediction());System.out.println("ht = " + ht + "\n");System.out.println("Looking up prediction for groundhog #3:");Groundhog gh = new Groundhog(3);if (ht.containsKey(gh))System.out.println((Prediction) ht.get(gh));}
}

Groundhog2.hashCode()将土拔鼠号码作为一个标识符返回（在这个例子中，程序员需要保证没有两个土拔鼠用同样的 ID 号码并存）。为了返回一个独一无二的标识符，并不需要 hashCode()， equals()方法必须能够严格判断两个对象是否相等。
equals()方法要进行两种检查：检查对象是否为 null；若不为 null ，则继续检查是否为 Groundhog2 的一个实例（要用到 instanceof 关键字）。即使为了继续执行 equals()，它也应该是一个Groundhog2。正如大家看到的那样，这种比较建立在实际 ghNumber 的基础上。这一次一旦我们运行程序，就会看到它终于产生了正确的输出（许多 Java 库的类都覆盖了 hashcode() 和 equals()方法，以便与自己提供的内容适应）。

再论枚举器

将穿越一个序列的操作与那个序列的基础结构分隔开。在下面的例子里， PrintData 类用一个 Enumeration 在一个序列中移动，并为每个对象都调用toString()方法。此时创建了两个不同类型的集合：一个 Vector 和一个 Hashtable。并且在它们里面分别填
充 Mouse 和 Hamster 对象，由于 Enumeration 隐藏了基层集合的结构，所以PrintData 不知道或者不关心 Enumeration 来自于什么类型的集合：

class PrintData {static void print(Enumeration e) {while (e.hasMoreElements())System.out.println(e.nextElement().toString());}
}class Enumerators2 {public static void main(String[] args) {Vector v = new Vector();for (int i = 0; i < 5; i++)v.addElement(new Mouse(i));Hashtable h = new Hashtable();for (int i = 0; i < 5; i++)h.put(new Integer(i), new Hamster(i));System.out.println("Vector");PrintData.print(v.elements());System.out.println("Hashtable");PrintData.print(h.elements());}
}

注意 PrintData.print()利用了这些集合中的对象属于 Object 类这一事实，所以它调用了 toString()。但在
解决自己的实际问题时，经常都要保证自己的 Enumeration 穿越某种特定类型的集合。例如，可能要求集合
中的所有元素都是一个 Shape（几何形状），并含有 draw()方法。若出现这种情况，必须从
Enumeration.nextElement()返回的 Object 进行下溯造型，以便产生一个 Shape。

排序

编写通用的排序代码时，面临的一个问题是必须根据对象的实际类型来执行比较运算，从而实现正确的排序。当然，一个办法是为每种不同的类型都写一个不同的排序方法。然而，应认识到假若这样做，以后增加新类型时便不易实现代码的重复利用。
程序设计一个主要的目标就是“将发生变化的东西同保持不变的东西分隔开”。在这里，保持不变的代码是通用的排序算法，而每次使用时都要变化的是对象的实际比较方法。因此，我们不可将比较代码“硬编码”到多个不同的排序例程内，而是采用“回调”技术。
利用回调，经常发生变化的那部分代码会封装到它自己的类内，而总是保持相同的代码则“回调”发生变化的代码。这样一来，不同的对象就可以表达不同的比较方式，同时向它们传递相同的排序代码。
下面这个“接口”（ Interface）展示了如何比较两个对象，它将那些“要发生变化的东西”封装在内：

interface Compare {boolean lessThan(Object lhs, Object rhs);
boolean lessThanOrEqual(Object lhs, Object rhs);
}

对这两种方法来说， lhs 代表本次比较中的“左手”对象，而 rhs 代表“右手”对象。
可创建 Vector 的一个子类，通过 Compare 实现“快速排序”。对于这种算法，包括它的速度以及原理等等

public class SortVector extends Vector {private Compare compare; // To hold the callbackpublic SortVector(Compare comp) {compare = comp;}public void sort() {quickSort(0, size() - 1);}private void quickSort(int left, int right) {if (right > left) {Object o1 = elementAt(right);int i = left - 1;int j = right;while (true) {while (compare.lessThan(elementAt(++i), o1));while (j > 0)if (compare.lessThanOrEqual(elementAt(--j), o1))break; // out of whileif (i >= j)break;swap(i, j);}swap(i, right);quickSort(left, i - 1);quickSort(i + 1, right);}}private void swap(int loc1, int loc2) {Object tmp = elementAt(loc1);setElementAt(elementAt(loc2), loc1);setElementAt(tmp, loc2);}
}

为使用 SortVector，必须创建一个类，令其为我们准备排序的对象实现 Compare。此时内部类并不显得特别重要，但对于代码的组织却是有益的。下面是针对 String 对象的一个例子

public class StringSortTest {static class StringCompare implements Compare {public boolean lessThan(Object l, Object r) {return ((String) l).toLowerCase().compareTo(((String) r).toLowerCase()) < 0;}public boolean lessThanOrEqual(Object l, Object r) {return ((String) l).toLowerCase().compareTo(((String) r).toLowerCase()) <= 0;}}public static void main(String[] args) {SortVector sv = new SortVector(new StringCompare());sv.addElement("d");sv.addElement("A");sv.addElement("C");sv.addElement("c");sv.addElement("b");sv.addElement("B");sv.addElement("D");sv.addElement("a");sv.sort();Enumeration e = sv.elements();while (e.hasMoreElements())System.out.println(e.nextElement());}
}

一旦设置好框架，就可以非常方便地重复使用象这样的一个设计—— 只需简单地写一个类，将“需要发生变化”的东西封装进去，然后将一个对象传给SortVector 即可
继承（ extends）在这儿用于创建一种新类型的 Vector—— 也就是说， SortVector 属于一种 Vector，并带有一些附加的功能。继承在这里可发挥很大的作用，但了带来了问题。它使一些方法具有了final 属性，所以不能覆盖它们。如果想创建一个排好序的 Vector，令其只接收和生成 String 对象，就会遇到麻烦。因为 addElement()和 elementAt()都具有 final 属性，而且它们都是我们必须覆盖的方法，否则便无法实现只能接收和产生 String 对象。
但在另一方面，请考虑采用“合成”方法：将一个对象置入一个新类的内部。此时，不是改写上述代码来达到这个目的，而是在新类里简单地使用一个 SortVector。在这种情况下，用于实现 Compare 接口的内部类就可以“匿名”地创建

import java.util.*;public class StrSortVector {private SortVector v = new SortVector(// Anonymous inner class:new Compare() {public boolean lessThan(Object l, Object r) {return ((String) l).toLowerCase().compareTo(((String) r).toLowerCase()) < 0;}public boolean lessThanOrEqual(Object l, Object r) {return ((String) l).toLowerCase().compareTo(((String) r).toLowerCase()) <= 0;}});private boolean sorted = false;public void addElement(String s) {v.addElement(s);sorted = false;}public String elementAt(int index) {
if(!sorted) {
v.sort();232
sorted = true;
}
return (String)v.elementAt(index);
}public Enumeration elements() {if (!sorted) {v.sort();sorted = true;}return v.elements();}// Test it:public static void main(String[] args) {StrSortVector sv = new StrSortVector();sv.addElement("d");sv.addElement("A");sv.addElement("C");sv.addElement("c");sv.addElement("b");sv.addElement("B");sv.addElement("D");sv.addElement("a");Enumeration e = sv.elements();while (e.hasMoreElements())System.out.println(e.nextElement());}
}