05 - Java. Collections Framework и Generics

Collections Framework и Generics
Алексей Владыкин
6 октября 2014
Алексей Владыкин Collections 6 октября 2014 1 / 45

1 Generics
2 Collections Framework

Generics

Generics
Возможность параметризовать класс или метод каким-либо
типом
Напоминает шаблоны в C++, но есть большие отличия
(нельзя использовать примитивные типы и их значения)
Поддержка добавлена в Java 5

Generics
Параметризованный класс
package java.lang.ref;
public abstract class Reference <T> {
private T referent;
Reference(T referent) {
this.referent = referent;
}
public T get() {
return referent;
}
}

Generics
WeakReference <Integer > ref = new WeakReference < >(1000);
System.out.printf("Initial value: %sn", ref.get ());
int gcCount = 0;
do {
System.gc();
gcCount ++;
System.out.printf(
"Value after GC #%d: %sn",
gcCount , ref.get ());
} while (ref.get() != null );

Generics
Параметризованный метод
package java.util;
public class Collections {
public static <T> List <T> nCopies(int n, T o){
// ...
}
}

Generics
Реализация
Реализация generic’ов в Java основана на «type erasure»
Для generic класса или метода генерируется только один вариант,
вне зависимости от количества разных параметризаций
На этапе компиляции выполняются проверки типов и
добавляются необходимые приведения типов

Generics
Что генерирует компилятор
package java.lang.ref;
public abstract class Reference {
private Object referent;
Reference(Object referent) {
this.referent = referent;
}
public Object get() {
return referent;
}
}

Generics
WeakReference ref = new WeakReference (1000);
System.out.printf("Initial value: %sn",
(Integer) ref.get ());
int gcCount = 0;
do {
System.gc();
gcCount ++;
System.out.printf(
"Value after GC #%d: %sn",
gcCount , (Integer) ref.get ());
} while (( Integer) ref.get() != null );

Generics
Ограничения
По имени параметра нельзя создать экземпляр или массив
T obj = new T(); // compilation error
T[] arr = new T[0]; // compilation error
Во время исполнения информация о generic-параметрах
недоступна
if (obj instanceof T) // compilation error

Generics
Поддержка наследования
Если class Integer extends Number, то:
Number number = new Integer (1); // OK
Number [] numberArray = new Integer [0]; // OK
Reference <Number > ref =
new WeakReference <Integer >(1); // not OK!
Reference <? extends Number > ref2 =
new WeakReference <Integer >(1); // OK

Generics
package java.util;
public class Collections {
public static <T> void copy(
List <? super T> dest ,
List <? extends T> src) {
// ...
}
}

Collections Framework Общие сведения

Что такое коллекции
Разнообразные контейнеры для хранения наборов объектов,
более удобные, чем массивы
добавление/удаление элементов
read-only коллекции
операции поиска, объединения, вычитания
поддержка разнообразных специальных случаев
В отличие от массивов, могут хранить только объекты.
Для примитивных типов — классы-обертки и autoboxing
Пакет java.util

java.util.Collection
Базовый интерфейс для коллекций
Основные операции:
int size()
boolean isEmpty()
boolean contains(Object o)
boolean add(E e)
boolean remove(Object o)
void clear()
Object.equals()

java.util.Iterator
Единообразный способ обхода элементов коллекции
Операции:
boolean hasNext()
E next()
void remove()

Использование итератора
// foreach syntax
for (E element : collection) {
System.out.println(element );
}
// equivalent to
Iterator <E> it = collection.iterator ();
while (it.hasNext ()) {
E element = it.next ();
}

Разновидности коллекций
List — список
(фиксированный порядок, доступ к элементам по индексу)
Queue, Deque — очередь и дек
(доступ к элементам с начала и с конца)
Set — множество
(каждый элемент встречается не более одного раза)
Map — ассоциативный массив
(набор пар «ключ–значение»)

Collections Framework Списки
java.util.List
Фиксированный порядок
Доступ к элементам по индексу
Операции:
E get(int index)
E set(int index, E element)
void add(int index, E element)
E remove(int index)
int indexOf(Object o)
int lastIndexOf(Object o)
List<E> subList(int fromIndex, int toIndex)
equals: списки равны, если содержат равные элементы в
одинаковом порядке

java.util.ArrayList
Реализация списка на основе массива
Специфические операции:
void ensureCapacity(int capacity)
void trimToSize()
Эффективный доступ к элементу по индексу
Вставка/удаление по индексу имеет линейную трудоемкость
List <String > words = new ArrayList <>();
words.add("one");
words.set(0, "two");
words.add(0, "three");
words.remove (1);

java.util.LinkedList
Реализация списка на основе двусвязного списка
Эффективные вставка и удаление элемента в начале и в конце
списка
Доступ к элементу по индексу имеет линейную трудоемкость
List <String > words = new LinkedList <>();
words.add("one");
words.add("two");
words.add("three");
words.subList (1, 3). clear ();

Collections Framework Очереди
java.util.Queue
First In — First Out (FIFO)
Операции:
boolean offer(E e)
E peek()
E poll()

java.util.PriorityQueue
Реализация очереди с приоритетами на основе двоичной кучи
offer и poll работают за O(log(N))
Извлекается элемент с минимальным значением
PriorityQueue <Integer > pq = new PriorityQueue <>();
pq.offer (3);
pq.offer (2);
pq.offer (1);
Integer element;
while (( element = pq.poll ()) != null) {
}

java.util.Deque
Стек и очередь в одном флаконе
Операции:
boolean offerFirst(E e)
E peekFirst()
E pollFirst()
boolean offerLast(E e)
E peekLast()
E pollLast()

java.util.ArrayDeque
Реализация дека на основе массива
Рекомендованный класс для обычной очереди и стека
Deque <Integer > pq = new ArrayDeque <>();
pq.offerLast (3);
pq.offerLast (2);
pq.offerLast (1);
Integer element;
while (( element = pq.pollFirst ()) != null) {
}

Collections Framework Множества
java.util.Set
Каждый элемент встречается не более одного раза
Не добавляет новых операций к тем, что есть
в java.util.Collection
Но гарантирует, что при добавлении элементов дубликаты
не появятся
equals: множества равны, если содержат одинаковые элементы

java.util.HashSet
Реализация множества на основе хеш-таблицы
Порядок обхода элементов непредсказуем
Set <String > words = new HashSet <>();
words.add("one");
words.add("one");
words.add("two");
words.add("two");

java.util.LinkedHashSet
Реализация множества на основе хеш-таблицы
Порядок обхода элементов определяется порядком вставки
Set <String > words = new LinkedHashSet <>();
words.add("one");
words.add("one");
words.add("two");
words.add("two");

Специфика хеш-таблиц
Контракт equals() и hashCode():
если a.equals(b), то a.hashCode()==b.hashCode()
Пока объект находится в хеш-таблице, нельзя менять его поля,
влияющие на значение hashCode()

java.util.TreeSet
Реализация множества на основе дерева поиска
Элементы хранятся отсортированными
SortedSet <String > words = new TreeSet <>();
words.add("aaa");
words.add("bbb");
words.add("ccc");
words.headSet("bbb"). clear ();

Специфика деревьев поиска
Порядок элементов определяется:
объектом типа java.util.Comparator
с методом int compare(T o1, T o2)
методом элементов int compareTo(T o) (элементы должны
реализовать интерфейс java.lang.Comparable)
Пока объект находится в дереве, нельзя менять его поля,
влияющие на вычисление compareTo(T)
Контракт equals() и compareTo():
a.equals(b) == (a.compareTo(b) == 0)

Удаление дубликатов из коллекции
List <String > list = new ArrayList <>();
list.add("aaa");
list.add("aaa");
list.add("bbb");
list.add("aaa");
Set <String > set =
new LinkedHashSet <>(list );
List <String > listWithoutDups =
new ArrayList <>(set);

Collections Framework Ассоциативные массивы
java.util.Map
Набор пар «ключ–значение»
Не наследует java.util.Collection
Основные операции:
int size()
boolean isEmpty()
V get(Object key)
V put(K key, V value)
V remove(Object key)
boolean containsKey(Object key)
boolean containsValue(Object value)
Set<K> keySet()
Collection<V> values()
Set<Map.Entry<K, V>> entrySet()
equals: равны, если содержат одинаковые пары «ключ-значение»

java.util.HashMap
Реализация ассоциативного массива на основе хеш-таблицы
Порядок обхода элементов непредсказуем
Есть java.util.LinkedHashMap
Map <String , String > dictionary = new HashMap <>();
dictionary.put("foo", "bar");
dictionary.put("bar", "baz");
dictionary.remove("bar");

java.util.TreeMap
Реализация ассоциативного массива на основе дерева поиска
Элементы хранятся отсортированными по ключу
SortedMap <String , String > dictionary =
new TreeMap <>();
dictionary.put("foo", "bar");
dictionary.put("bar", "baz");
dictionary.subMap("bar", "foo"). clear ();

Обход ассоциативного массива
Map <A, B> map = new HashMap <>();
for (A key : map.keySet ()) { ... }
for (B value : map.values ()) { ... }
for (Map.Entry <A, B> entry : map.entrySet ()) {
entry.getKey ();
entry.getValue ();
}

Устаревшие классы
java.util.Vector
java.util.Stack
java.util.Dictionary
java.util.Hashtable

Collections Framework Рецепты
Сборник рецептов

Как отсортировать список
// move elements randomly
Collections.shuffle(list );
// list is sorted in -place
Collections.sort(list );

Как запретить изменение
Set <String > set =
Collections.unmodifiableSet(originalSet );
set.remove("abc");
// throws UnsupportedOperationException

Как перелить коллекцию в массив
// List <Integer > list
Integer [] array =
list.toArray(new Integer[list.size ()]);

Как перелить массив в коллекцию
String [] array = {"A", "B", "C"};
Set <String > set1 =
new HashSet <>(Arrays.asList(array ));
Set <String > set2 = new HashSet <>();
Collections.addAll(set2 , array );

Autoboxing
Автоматическая упаковка примитивных типов в обертки и
распаковка обратно
List <Integer > list = new ArrayList <>();
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
list.add(i);
}
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
list.remove(i); // ooops
}

Что сегодня узнали
Можно хранить наборы объектов не только в массивах, но и в
более гибких и функциональных коллекциях
В стандартной библиотеке Java есть списки, множества и
ассоциативные массивы
Работа с коллекциями стала намного удобнее с появлением
Generic’ов в Java 5

05 - Java. Collections Framework и Generics

More Related Content

What's hot

Similar to 05 - Java. Collections Framework и Generics

More from Roman Brovko

05 - Java. Collections Framework и Generics