239. Java 集合 - 通过 Set、SortedSet 和 NavigableSet 扩展 Collection 接口

239. Java 集合 - 通过 Set、SortedSet 和 NavigableSet 扩展 Collection 接口

🧐 探索 Set 接口

Set 接口继承自 Collection 接口，主要用于集合中不允许有重复元素 。与 List 不同，Set 不保证元素的顺序，这意味着在你向 Set 中添加元素时，它们的顺序不一定与插入顺序相同。

HashSet 是实现 Set 接口的最常见类，它内部使用 HashMap 来存储元素，但对外提供的是一个集合视图。

示例：使用 HashSet 存储元素

import java.util.*;

public class SetExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> strings = List.of("one", "two", "three", "four", "five", "six");
        Set<String> set = new HashSet<>();
        set.addAll(strings);
        set.forEach(System.out::println);
    }
}

运行结果：

six
four
one
two
three
five

如上所示，HashSet 的遍历顺序是随机的，无法保证按照添加顺序输出。因此，在使用 Set 时，不应依赖于元素的遍历顺序。

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🌱 通过 SortedSet 扩展 Set

SortedSet 接口扩展了 Set 接口，使得集合中的元素按照自然顺序或自定义的比较器排序。TreeSet 是实现 SortedSet 接口的常见类，它会将元素排序，并提供一些额外的操作方法。

SortedSet 额外方法：

• first() 和 last()：返回集合中的最小元素和最大元素。
• headSet(toElement) 和 tailSet(fromElement) ：返回一个包含小于 toElement 或大于 fromElement 的子集。
• subSet(fromElement, toElement) ：返回一个包含在 fromElement 和 toElement 之间的子集。

注意：toElement 不会包含在结果中，而 fromElement 会被包含。

示例：使用 SortedSet 获取子集

import java.util.*;

public class SortedSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        SortedSet<String> strings = new TreeSet<>(Set.of("a", "b", "c", "d", "e", "f"));
        SortedSet<String> subSet = strings.subSet("aa", "d");
        System.out.println("sub set = " + subSet);
    }
}

运行结果：

sub set = [b, c]

subSet 方法返回的子集是一个视图，对其的修改会直接影响原始集合。

注意：

• 你不能通过子集添加不符合限制条件的元素。例如，在 headSet 中，添加一个大于 toElement 的元素会抛出 IllegalArgumentException。

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🔥 通过 NavigableSet 扩展 SortedSet

NavigableSet 是对 SortedSet 的进一步扩展，提供了更多的操作方法，使得你能够更灵活地处理排序的集合。

TreeSet 也实现了 NavigableSet，因此你可以使用 TreeSet 来执行所有 NavigableSet 的操作。

NavigableSet 新增方法：

• ceiling(element) 和 floor(element) ：返回小于或等于指定元素的最大元素，大于或等于指定元素的最小元素。如果没有找到，返回 null。
• lower(element) 和 higher(element) ：返回小于指定元素的最大元素，或大于指定元素的最小元素。如果没有找到，返回 null。
• pollFirst() 和 pollLast()：返回并移除集合中的第一个和最后一个元素。
• descendingIterator()：返回一个倒序遍历集合的迭代器。
• descendingSet() ：返回一个反向顺序的 NavigableSet。

示例：使用 NavigableSet 反向遍历集合

import java.util.*;

public class NavigableSetExample {
    public static void main(String[] args) {
        NavigableSet<String> sortedStrings = new TreeSet<>(Set.of("a", "b", "c", "d", "e", "f"));
        System.out.println("sorted strings = " + sortedStrings);
        
        NavigableSet<String> reversedStrings = sortedStrings.descendingSet();
        System.out.println("reversed strings = " + reversedStrings);
    }
}

运行结果：

sorted strings = [a, b, c, d, e, f]
reversed strings = [f, e, d, c, b, a]

descendingSet() 方法返回一个新的 NavigableSet，这个集合是原集合的倒序视图。

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🎯 小结

1. Set 接口：不允许重复元素，且不保证元素的顺序。
2. SortedSet 接口：保持集合元素的排序，提供了子集、头部集和尾部集等方法。
3. NavigableSet 接口 ：扩展了 SortedSet，提供更多的导航功能，如反向遍历、查询上下界元素等。