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Java Set集合:HashSet和TreeSet类

Set 集合类似于一个罐子,程序可以依次把多个对象“丢进”Set 集合,而 Set 集合通常不能记住元素的添加顺序。也就是说 Set 集合中的对象不按特定的方式排序,只是简单地把对象加入集合。Set 集合中不能包含重复的对象,并且最多只允许包含一个 null 元素。

Set 实现了 Collection 接口,它主要有两个常用的实现类:HashSet 类和 TreeSet类

HashSet 类

HashSet 是 Set 接口的典型实现,大多数时候使用 Set 集合时就是使用这个实现类。HashSet 是按照 Hash 算法来存储集合中的元素。因此具有很好的存取和查找性能

HashSet 具有以下特点:
当向 HashSet 集合中存入一个元素时,HashSet 会调用该对象的 hashCode() 方法来得到该对象的 hashCode 值,然后根据该 hashCode 值决定该对象在 HashSet 中的存储位置。如果有两个元素通过 equals() 方法比较返回的结果为 true,但它们的 hashCode 不相等,HashSet 将会把它们存储在不同的位置,依然可以添加成功。

也就是说,两个对象的 hashCode 值相等且通过 equals() 方法比较返回结果为 true,则 HashSet 集合认为两个元素相等。

在 HashSet 类中实现了 Collection 接口中的所有方法。HashSet 类的常用构造方法重载形式如下。
下面的代码演示了创建两种不同形式的 HashSet 对象。
HashSet hs = new HashSet();    // 调用无参的构造函数创建HashSet对象
HashSet<String> hss = new HashSet<String>();    // 创建泛型的 HashSet 集合对象

例 1

编写一个 Java 程序,使用 HashSet 创建一个 Set 集合,并向该集合中添加 4 套教程。具体实现代码如下:
public static void main(String[] args) {
    HashSet<String> courseSet = new HashSet<String>(); // 创建一个空的 Set 集合
    String course1 = new String("Java入门教程");
    String course2 = new String("Python基础教程");
    String course3 = new String("C语言学习教程");
    String course4 = new String("Golang入门教程");
    courseSet.add(course1); // 将 course1 存储到 Set 集合中
    courseSet.add(course2); // 将 course2 存储到 Set 集合中
    courseSet.add(course3); // 将 course3 存储到 Set 集合中
    courseSet.add(course4); // 将 course4 存储到 Set 集合中

    System.out.println("C语言中文网教程有:");
    Iterator<String> it = courseSet.iterator();
    while (it.hasNext()) {
        System.out.println("《" + (String) it.next() + "》"); // 输出 Set 集合中的元素
    }
    System.out.println("有" + courseSet.size() + "套精彩教程!");
}
如上述代码,首先使用 HashSet 类的构造方法创建了一个 Set 集合,接着创建了 4 个 String 类型的对象,并将这些对象存储到 Set 集合中。使用 HashSet 类中的 iterator() 方法获取一个 Iterator 对象,并调用其 hasNext() 方法遍历集合元素,再将使用 next() 方法读取的元素强制转换为 String 类型。最后调用 HashSet 类中的 size() 方法获取集合元素个数。

运行该程序,输出的结果如下:
C语言中文网教程有:
《Java入门教程》
《C语言学习教程》
《Python基础教程》
《Golang入门教程》
有4套精彩教程!
注意:在以上示例中,如果再向 CourseSet 集合中再添加一个名称为“Java入门教程”的 String 对象,则输出的结果与上述执行结果相同。也就是说,如果向 Set 集合中添加两个相同的元素,则后添加的会覆盖前面添加的元素,即在 Set 集合中不会出现相同的元素。

TreeSet 类

TreeSet 类同时实现了 Set 接口和 SortedSet 接口。SortedSet 接口是 Set 接口的子接口,可以实现对集合进行自然排序,因此使用 TreeSet 类实现的 Set 接口默认情况下是自然排序的,这里的自然排序指的是升序排序。

TreeSet 只能对实现了 Comparable 接口的类对象进行排序,因为 Comparable 接口中有一个 compareTo(Object o) 方法用于比较两个对象的大小。例如 a.compareTo(b),如果 a 和 b 相等,则该方法返回 0;如果 a 大于 b,则该方法返回大于 0 的值;如果 a 小于 b,则该方法返回小于 0 的值。

表 1 列举了 JDK 类库中实现 Comparable 接口的类,以及这些类对象的比较方式。

表 1 实现Comparable接口类对象的比较方式
比较方式
包装类(BigDecimal、Biglnteger、 Byte、Double、
Float、Integer、Long 及 Short)
按数字大小比较
Character 按字符的 Unicode 值的数字大小比较
String 按字符串中字符的 Unicode 值的数字大小比较

TreeSet 类除了实现 Collection 接口的所有方法之外,还提供了如表 2 所示的方法。

表 2 TreeSet类的常用方法
方法名称 说明
E first() 返回此集合中的第一个元素。其中,E 表示集合中元素的数据类型
E last() 返回此集合中的最后一个元素
E poolFirst() 获取并移除此集合中的第一个元素
E poolLast() 获取并移除此集合中的最后一个元素
SortedSet<E> subSet(E fromElement,E toElement) 返回一个新的集合,新集合包含原集合中 fromElement 对象与 toElement
对象之间的所有对象。包含 fromElement 对象,不包含 toElement 对象
SortedSet<E> headSet<E toElement〉 返回一个新的集合,新集合包含原集合中 toElement 对象之前的所有对象。
不包含 toElement 对象
SortedSet<E> tailSet(E fromElement) 返回一个新的集合,新集合包含原集合中 fromElement 对象之后的所有对
象。包含 fromElement 对象
注意:表面上看起来这些方法很多,其实很简单。因为 TreeSet 中的元素是有序的,所以增加了访问第一个、前一个、后一个、最后一个元素的方法,并提供了 3 个从 TreeSet 中截取子 TreeSet 的方法。

例 2

本次有 5 名学生参加考试,当老师录入每名学生的成绩后,程序将按照从低到高的排列顺序显示学生成绩。此外,老师可以查询本次考试是否有满分的学生存在,不及格的成绩有哪些,90 分以上成绩的学生有几名。

下面使用 TreeSet 类来创建 Set 集合,完成学生成绩查询功能。具体的代码如下:
public class Test08 {
    public static void main(String[] args) {
        TreeSet<Double> scores = new TreeSet<Double>(); // 创建 TreeSet 集合
        Scanner input = new Scanner(System.in);
        System.out.println("------------学生成绩管理系统-------------");
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println("第" + (i + 1) + "个学生成绩:");
            double score = input.nextDouble();
            // 将学生成绩转换为Double类型,添加到TreeSet集合中
            scores.add(Double.valueOf(score));
        }
        Iterator<Double> it = scores.iterator(); // 创建 Iterator 对象
        System.out.println("学生成绩从低到高的排序为:");
        while (it.hasNext()) {
            System.out.print(it.next() + "\t");
        }
        System.out.println("\n请输入要查询的成绩:");
        double searchScore = input.nextDouble();
        if (scores.contains(searchScore)) {
            System.out.println("成绩为: " + searchScore + " 的学生存在!");
        } else {
            System.out.println("成绩为: " + searchScore + " 的学生不存在!");
        }
        // 查询不及格的学生成绩
        SortedSet<Double> score1 = scores.headSet(60.0);
        System.out.println("\n不及格的成绩有:");
        for (int i = 0; i < score1.toArray().length; i++) {
            System.out.print(score1.toArray()[i] + "\t");
        }
        // 查询90分以上的学生成绩
        SortedSet<Double> score2 = scores.tailSet(90.0);
        System.out.println("\n90 分以上的成绩有:");
        for (int i = 0; i < score2.toArray().length; i++) {
            System.out.print(score2.toArray()[i] + "\t");
        }
    }
}
如上述代码,首先创建一个 TreeSet 集合对象 scores,并向该集合中添加 5 个 Double 对象。接着使用 while 循环遍历 scores 集合对象,输出该对象中的元素,然后调用 TreeSet 类中的 contains() 方法获取该集合中是否存在指定的元素。最后分别调用 TreeSet 类中的 headSet() 方法和 tailSet() 方法获取不及格的成绩和 90 分以上的成绩。

运行该程序,执行结果如下所示。
------------学生成绩管理系统-------------
第1个学生成绩:
53
第2个学生成绩:
48
第3个学生成绩:
85
第4个学生成绩:
98
第5个学生成绩:
68
学生成绩从低到高的排序为:
48.0    53.0    68.0    85.0    98.0   
请输入要查询的成绩:
90
成绩为: 90.0 的学生不存在!

不及格的成绩有:
48.0    53.0   
90 分以上的成绩有:
98.0   
注意:在使用自然排序时只能向 TreeSet 集合中添加相同数据类型的对象,否则会抛出 ClassCastException 异常。如果向 TreeSet 集合中添加了一个 Double 类型的对象,则后面只能添加 Double 对象,不能再添加其他类型的对象,例如 String 对象等。

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