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Java；泛型；Set 集合；TreeSet；HashSet；数据结构
一、引言
在 Java 编程中，集合框架是一个重要的组成部分，它提供了丰富的数据结构和算法来存储和操作数据。泛型与 Set 集合及其实现类在 Java 集合框架中占据着关键位置，对于提高代码的类型安全性、优化数据存储和检索具有重要意义。
二、泛型
2.1 泛型概述
2.1.1 泛型的介绍
泛型是 JDK 5 中引入的重要特性，它为 Java 语言增添了编译时类型安全检测机制。通过使用泛型，程序员可以在编译阶段就发现类型不匹配的错误，而不是在运行时才出现难以调试的错误，从而提高了程序的稳定性和可靠性。
2.1.2 泛型的好处
- 提前检测问题：将原本在运行时期可能出现的类型问题提前到编译期间，大大降低了运行时错误的发生概率，提高了程序的健壮性。
- 避免强制类型转换 ：使用泛型后，代码在获取和操作集合元素时无需进行显式的强制类型转换，使代码更加简洁、易读，同时也减少了因强制类型转换不当而引发的
ClassCastException异常。
2.1.3 泛型的定义格式
- 单类型格式 ：
<类型>用于指定一种类型，尖括号内通常使用单个字母表示，常见的如<E>（表示元素类型，Element 的缩写）、<T>（表示一般类型，Type 的缩写）。例如，List<E>表示一个存储E类型元素的列表。 - 多类型格式 ：
<类型1,类型2...>用于指定多种类型，不同类型之间用逗号隔开，如<E,T>或<K,V>（常用于表示键值对中的键类型K和值类型V）。例如，Map<K, V>表示一个存储键值对的映射，其中键的类型为K，值的类型为V。
三、Set 集合
3.1Set 集合概述和特点【应用】
Set 集合是 Java 集合框架中的一种重要类型，具有以下显著特点：
- 不允许重复元素：Set 集合中不能存储重复的元素，这使得 Set 集合在需要确保元素唯一性的场景中非常有用，例如去重操作。
- 无索引：Set 集合没有索引，这意味着无法像列表那样通过索引来访问元素，也不能使用普通的 for 循环进行遍历。
3.2Set 集合的使用【应用】
以下代码展示了如何使用 Set 集合存储字符串并进行遍历：
java
public class MySet1 {
public static void main(String[] args) {
//创建集合对象
Set<String> set = new TreeSet<>();
//添加元素
set.add("ccc");
set.add("aaa");
set.add("aaa");
set.add("bbb");
//Set集合是没有索引的，所以不能使用通过索引获取元素的方法
//遍历集合
Iterator<String> it = set.iterator();
while (it.hasNext()) {
String s = it.next();
System.out.println(s);
}
// 如果需要删除元素，可以使用 iterator.remove()
// 注意：不能直接使用 set.remove()，否则会抛出 ConcurrentModificationException
// 示例：删除 "aaa"
iterator = set.iterator(); // 重新获取迭代器
while (iterator.hasNext()) {
String s = iterator.next();
if (s.equals("aaa")) {
iterator.remove(); // 安全删除
}
}
System.out.println("-----------------------------------");
for (String s : set) {
System.out.println(s);
}
}
}在上述代码中，首先创建了一个TreeSet对象（TreeSet是Set接口的一个实现类），然后向集合中添加了一些字符串元素，其中包含重复的元素 "aaa"。通过Iterator迭代器和增强 for 循环两种方式对集合进行遍历，输出集合中的元素。可以看到，重复元素 "aaa" 只出现了一次，体现了 Set 集合不允许重复元素的特性。
Iterator迭代器介绍
Iterator（迭代器）是Java集合框架中的一个重要接口，用于遍历集合中的元素。它提供了一种统一的方式来访问集合元素，而不需要暴露集合的内部表示。核心方法如下：
boolean hasNext()：判断是否还有下一个元素E next()：返回下一个元素void remove()：删除上次调用next()返回的元素（可选操作）
关键点
Set的迭代器只能单向遍历（hasNext()+next()），不能反向遍历。- 删除元素必须用
iterator.remove()，直接使用set.remove()会抛出ConcurrentModificationException。 - Set 是无序的 （除非使用
LinkedHashSet或TreeSet），所以遍历顺序可能与插入顺序不同。 - 增强 for 循环底层也是用 Iterator ，但不能在遍历时删除元素（除非用
Iterator）。
四、TreeSet 集合
4.1 TreeSet 集合概述和特点【应用】
TreeSet是Set接口的一个实现类，除了具备 Set 集合的基本特点（不允许重复元素、无索引）外，还具有以下特性：
- 元素排序 ：
TreeSet可以将存储的元素按照特定规则进行排序。- 自然排序 ：通过
TreeSet()无参构造方法创建的集合，会根据元素的自然排序进行排序。所谓自然排序，是指元素所属的类实现Comparable接口，并在其中定义比较规则。 - 比较器排序 ：通过
TreeSet(Comparator comparator)带参构造方法创建的集合，会根据指定的比较器进行排序。比较器是一个实现了Comparator接口的对象，在其compare(T o1, T o2)方法中定义元素的比较规则。
- 自然排序 ：通过
4.2 TreeSet 集合基本使用【应用】
以下代码展示了如何使用TreeSet集合存储Integer类型的整数并进行遍历：
java
public class TreeSetDemo01 {
public static void main(String[] args) {
//创建集合对象
TreeSet<Integer> ts = new TreeSet<Integer>();
//添加元素
ts.add(10);
ts.add(40);
ts.add(30);
ts.add(50);
ts.add(20);
ts.add(30);
//遍历集合
for (Integer i : ts) {
System.out.println(i);
}
}
}在上述代码中，创建了一个TreeSet集合对象ts，并向其中添加了一些Integer类型的整数，包括重复的数字 30。通过增强 for 循环遍历集合时，输出的元素按照从小到大的顺序排列，体现了TreeSet集合的排序特性，并且重复元素只保留了一个。
4.3 自然排序 Comparable 的使用【应用】
4.3.1 案例需求
存储学生对象并遍历，使用TreeSet集合的无参构造方法，要求按照年龄从小到大排序，年龄相同时，按照姓名的字母顺序排序。
4.3.2 实现步骤
- 创建 TreeSet 集合 ：使用空参构造创建
TreeSet集合，因为无参构造方法使用自然排序对元素进行排序。 - 实现 Comparable 接口 ：自定义的
Student类需要实现Comparable接口，通过重写compareTo(T o)方法来定义元素的比较规则。 - 重写 compareTo 方法：在重写方法时，要按照指定的主要条件（年龄从小到大）和次要条件（年龄相同时按姓名字母顺序）编写比较逻辑。
4.3.3 代码实现
学生类：
快速构建构造方法：
快捷键：Alt+Insert
java
public class Student implements Comparable<Student>{
private String name;
private int age;
public Student() {
}
public Student(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Student{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
@Override
public int compareTo(Student o) {
//按照对象的年龄进行排序
//主要判断条件: 按照年龄从小到大排序
int result = this.age - o.age;
//次要判断条件: 年龄相同时，按照姓名的字母顺序排序
result = result == 0? this.name.compareTo(o.getName()) : result;
return result;
}
}PS：Comparable是干嘛的？
Comparable 是 Java 提供的一个 泛型接口，定义在 java.lang 包中，它只有一个方法：
java
public interface Comparable<T> {
int compareTo(T o); // 比较当前对象与参数对象 o 的大小
}为什么 Student 类要实现 Comparable<Student>？
如果 Student 类实现了 Comparable<Student>，那么：
-
可以调用
Collections.sort()或Arrays.sort()对Student对象列表进行排序：javaList<Student> students = new ArrayList<>(); // 添加学生对象... Collections.sort(students); // 自动调用 compareTo 方法排序 -
可以在
TreeSet或TreeMap中自动排序（因为它们依赖Comparable或Comparator进行排序）。 -
可以方便地进行对象比较，例如在
if (student1.compareTo(student2) > 0)这样的逻辑中使用。
如何实现 Comparable<Student>？
你需要在 Student 类中 重写 compareTo() 方法，定义如何比较两个 Student 对象。例如：
java
public class Student implements Comparable<Student> {
private String name;
private int age;
private double score;
// 构造方法、getter/setter 省略...
@Override
public int compareTo(Student other) {
// 按分数升序排序
return Double.compare(this.score, other.score);
// 或者按姓名升序排序（字符串比较）
// return this.name.compareTo(other.name);
// 或者按年龄降序排序（注意负号）
// return Integer.compare(other.age, this.age);
}
}示例说明：
Double.compare(this.score, other.score)：比较两个学生的分数（升序）。this.name.compareTo(other.name)：按姓名字典序排序（升序）。Integer.compare(other.age, this.age)：按年龄降序排序（因为other.age - this.age是降序逻辑）。
测试类：
objectivec
public class MyTreeSet2 {
public static void main(String[] args) {
//创建集合对象
TreeSet<Student> ts = new TreeSet<>();
//创建学生对象
Student s1 = new Student("zhangsan", 28);
Student s2 = new Student("lisi", 27);
Student s3 = new Student("wangwu", 29);
Student s4 = new Student("zhaoliu", 28);
Student s5 = new Student("qianqi", 30);
//把学生添加到集合
ts.add(s1);
ts.add(s2);
ts.add(s3);
ts.add(s4);
ts.add(s5);
//遍历集合
for (Student student : ts) {
System.out.println(student);
}
}
}在上述代码中，Student类实现了Comparable接口，并在compareTo方法中定义了排序规则。在测试类中，创建了TreeSet集合并添加了多个学生对象，遍历集合时，学生对象按照年龄从小到大排序，年龄相同的按照姓名字母顺序排序。
4.4 比较器排序 Comparator 的使用【应用】
4.4.1 案例需求
存储老师对象并遍历，创建TreeSet集合使用带参构造方法，要求按照年龄从小到大排序，年龄相同时，按照姓名的字母顺序排序。
4.4.2 实现步骤
- 使用带参构造创建 TreeSet 集合 ：
TreeSet集合的带参构造方法使用比较器排序对元素进行排序。 - 实现 Comparator 接口 ：让集合构造方法接收一个实现了
Comparator接口的对象，在其compare(T o1, T o2)方法中定义元素的比较规则。 - 重写 compare 方法：按照指定的主要条件和次要条件编写比较逻辑。
4.4.3 代码实现
老师类：
java
public class Teacher {
private String name;
private int age;
public Teacher() {
}
public Teacher(String name, int age) {
this.name = name;
this.age = age;
}
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public int getAge() {
return age;
}
public void setAge(int age) {
this.age = age;
}
@Override
public String toString() {
return "Teacher{" +
"name='" + name + '\'' +
", age=" + age +
'}';
}
}测试类：
java
public class MyTreeSet4 {
public static void main(String[] args) {
//创建集合对象
TreeSet<Teacher> ts = new TreeSet<>(new Comparator<Teacher>() {
@Override
public int compare(Teacher o1, Teacher o2) {
//o1表示现在要存入的那个元素
//o2表示已经存入到集合中的元素
//主要条件
int result = o1.getAge() - o2.getAge();
//次要条件
result = result == 0? o1.getName().compareTo(o2.getName()) : result;
return result;
}
});
//创建老师对象
Teacher t1 = new Teacher("zhangsan", 23);
Teacher t2 = new Teacher("lisi", 22);
Teacher t3 = new Teacher("wangwu", 24);
Teacher t4 = new Teacher("zhaoliu", 24);
//把老师添加到集合
ts.add(t1);
ts.add(t2);
ts.add(t3);
ts.add(t4);
//遍历集合
for (Teacher teacher : ts) {
System.out.println(teacher);
}
}
}在上述代码中，测试类通过TreeSet的带参构造方法传入一个匿名内部类，该内部类实现了Comparator接口，并在compare方法中定义了老师对象的比较规则。在创建老师对象并添加到集合后，遍历集合时老师对象按照年龄和姓名的指定规则进行排序。
4.5 两种比较方式总结
- 自然排序 ：自定义类实现
Comparable接口，重写compareTo方法，集合根据该方法的返回值进行排序。这种方式适用于类本身具有自然的比较顺序，并且在多个地方都需要使用相同排序规则的情况。 - 比较器排序 ：创建
TreeSet对象时传递一个实现了Comparator接口的对象，重写compare方法，集合依据此方法的返回值进行排序。当自然排序不能满足特定需求，或者需要针对不同场景使用不同排序规则时，比较器排序更为灵活。 - 使用选择：在实际使用中，通常优先考虑自然排序。当自然排序无法满足需求时，必须使用比较器排序来实现自定义的排序逻辑。