【JavaSE】十一、Stack && Queue && Deque && PriorityQueue && Map && Set

文章目录

[Ⅰ. Stack（不推荐使用了☠）](#Ⅰ. Stack（不推荐使用了☠）)
[Ⅱ. Queue](#Ⅱ. Queue)
[Ⅲ. Deque](#Ⅲ. Deque)
[Ⅳ. PriorityQueue](#Ⅳ. PriorityQueue)
- 堆排序
[Ⅴ. Map](#Ⅴ. Map)
[Ⅵ. Set](#Ⅵ. Set)

Ⅰ. Stack（不推荐使用了☠）

常见方法如下所示：

其中 peek() 就相当于是 std::stack 中的 top()。

注意事项：

在比较元素相同的时候，要使用 equals()，因为就算存储的是整数 Stack<Integer> 类型，里面仍然是引用类型，不能直接通过 == 来比较！
因为 Stack 继承于 Vector，而 Vector 中还有很多实用的方法比如 size() 方法等，都是可以使用的，但由于 Vector 比较老，并且这种设计违反了最小接口原则 ，所以现在不推荐使用 Stack，而是用 Deque 来替代！（如下面代码所示）
1. Java 推荐使用 Deque 接口的实现类，比如：
  1. ArrayDeque
  2. LinkedList
  java 复制代码
```
   Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>(); // 使用Deque代替Stack
   
   stack.push(1);    // 入栈
   stack.pop();      // 出栈
   stack.peek();     // 查看栈顶
   stack.isEmpty();  // 是否为空
```

Ⅱ. Queue

注意事项：

Queue 是一个接口，要使用实现类来实现，常用 LinkedList、ArrayDeque、PriorityQueue 来实现！
一个队列可以实现 栈，但是一个栈实现不了 队列！225. 用队列实现栈、232. 用栈实现队列

Ⅲ. Deque

Deque 是一个接口，使用时必须创建 LinkedList 或者 ArrayDeque 类型的对象 。在实际工程中，使用 Deque 接口是比较多的，栈和队列均可以使用该接口。

java 复制代码

Deque<Integer> stack = new ArrayDeque<>(); // 双端队列的线性实现 
Deque<Integer> queue = new LinkedList<>(); // 双端队列的链式实现

操作类型	方法名	描述	抛出异常版本	返回特殊值版本
插入	addFirst(e)	在队首插入元素	如果容量受限会抛出IllegalStateException	offerFirst(e) - 失败返回false
addLast(e)	在队尾插入元素	同上	offerLast(e) - 失败返回false
移除	removeFirst()	移除并返回队首元素	队列为空时抛出NoSuchElementException	pollFirst() - 队列为空返回null
removeLast()	移除并返回队尾元素	同上	pollLast() - 队列为空返回null
查看	getFirst()	查看队首元素(不移除)	队列为空时抛出NoSuchElementException	peekFirst() - 队列为空返回null
getLast()	查看队尾元素(不移除)	同上	peekLast() - 队列为空返回null
栈操作	push(e)	将元素压入栈	可能抛出IllegalStateException	无
pop()	弹出栈顶元素	栈为空时抛出NoSuchElementException	无
其他	size()	返回队列中元素数量	-	-
isEmpty()	判断队列是否为空	-	-
contains(o)	判断是否包含指定元素	-	-
remove(o)	移除第一个匹配的元素	元素不存在时抛出NoSuchElementException	无

Ⅳ. PriorityQueue

Java 集合框架中提供了 PriorityQueue 和 PriorityBlockingQueue 两种类型的优先级队列，PriorityQueue 是线程不安全的，PriorityBlockingQueue 是线程安全的，下面主要介绍 PriorityQueue。

使用注意事项：

使用时必须导入包：import java.util.PriorityQueue;
PriorityQueue 中放置的元素必须要能够比较大小 ，不能插入无法比较大小的对象，否则会抛出 ClassCastException 异常。
不能插入 null 对象，否则会抛出 NullPointerException。
PriorityQueue 默认情况下是小堆。
创建自定义大小堆的比较器写法如下所示：（以 Integer 为例）

java 复制代码

// 推荐使用 Comparator 而不是 Comparable，因为前者比较灵活、侵入性小
// 创建小堆
class lesscmp implements Comparator<Integer> {
    @Override
    public int compare(Integer o1, Integer o2) {
        return o1.compareTo(o2);
    }
}

// 创建大堆
class greatercmp implements Comparator<Integer> {
    @Override
    public int compare(Integer o1, Integer o2) {
        return o2.compareTo(o1);
    }
}

public static void main(String[] args) {
    PriorityQueue<Integer> pq = new PriorityQueue<>(); // 默认为小堆
    pq.add(10);
    pq.add(20);
    pq.add(15);
    while(!pq.isEmpty()) {
        System.out.println(pq.poll());
    };

    PriorityQueue<Integer> pq1 = new PriorityQueue<>(new greatercmp());
    pq1.add(10);
    pq1.add(20);
    pq1.add(15);
    while(!pq1.isEmpty()) {
        System.out.println(pq1.poll());
    }
    
    // 使用lambda表达式创建大堆
    PriorityQueue<Integer> pq2 = new PriorityQueue<>((o1, o2) -> {return o1.compareTo(o2)});
    pq2.add(10);
    pq2.add(20);
    pq2.add(15);
    while(!pq2.isEmpty()) {
        System.out.println(pq2.poll());
    }
}

// 运行结果
10
15
20

20
15
10

20
15
10

堆排序

升序：建大堆
降序：建小堆
时间复杂度：O(nlogn)

Ⅴ. Map

Map 是一个接口类 ，该类没有继承自 Collection，该类中存储的是 <K,V> 结构的键值对，并且 K 一定是唯一的，不能重复。

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/index.html

☠注意事项：

内置类型不能直接来实例化 HashMap，必须要找其对应的包装类型
在 TreeMap 中的 key 不能为空 ，否则就会抛 NullPointerException 异常，value 可以为空；而 HashMap 的 key 和 value 都可以为空。
Map 中键值对的 Key 不能直接修改，value 可以修改，如果要修改 key，只能先将该 key 删除掉，然后再来进行重新插入。
HashMap 的底层实现中，当某个桶中链表元素超过 8 个，并且桶的个数超过 64 个，此时会将该桶中的链表转化为红黑树维护，降低高度！
采用方法如下所示：

其中 getOrDefalut() 方法通常用于统计次数的时候简化代码，如下所示：

java 复制代码

public List<String> topKFrequent(String[] words, int k) {
    // 统计字符串出现个数
    Map<String, Integer> hash = new HashMap<>();
    for(int i = 0; i < words.length; ++i) {
        hash.put(words[i], hash.getOrDefault(words[i], 0) + 1); // 这样子来简化代码
    } 
    ...
}

Map （如 HashMap 、 TreeMap 等）自身没有迭代器 ，即没有实现 Iterator 接口，但它的视图对象（keySet、entrySet、values）都可以迭代，如下所示：

java 复制代码

// 遍历 keySet()（只要 key）
for (K key : map.keySet()) {
    System.out.println(key);
}

// 遍历 values()（只要 value）
for (V value : map.values()) {
    System.out.println(value);
}

// 遍历 entrySet()（需要 key 和 value）⭐⭐⭐⭐⭐⭐⭐（推荐）
for (Map.Entry<K, V> entry : map.entrySet()) {
    System.out.println(entry.getKey() + " = " + entry.getValue());
}

上述的 entrySet() 是 Map 接口中的一个方法，返回一个包含了所有键值对的 Set 集合，这些键值对就是 Map.Entry<K, V> 对象，它们每一个都包含两个元素：key 和 value。

java 复制代码

// 也就是说上面的for-each可以转化为迭代器来处理，如下所示：（这里只举例entrySet）
Iterator<Map.Entry<String, Integer>> it = map.entrySet().iterator();
while(it.hasNext()) {
    System.out.println(it.next().getKey() + " " + it.next().getValue());
}

TreeMap 和 HashMap 的区别如下图所示。其中因为 HashMap 在比较内容的时候是根据 hashCode() 来确定 key 是在哪个桶中的，而根据 equals() 来确定是桶中的哪个元素，所以在 HashMap 中存放自定义类型的时候，需要重写该自定义类型的 equals() 和 hashCode() 方法。

Ⅵ. Set

Set 与 Map 主要的区别：

Set 是继承自 Collection 的接口类
Set 中只存储了 Key。

但实际上底层源码实现是让 Set 去调用 Map 的接口 ，只不过传入的 value 是一个默认的 Object 对象，而只需要关心 key 即可。

常用方法如下所示：

注意事项：

Set 最大的功能就是对集合中的元素进行去重
实现 Set 接口的常用类有 TreeSet 和 HashSet，还有一个 LinkedHashSet，LinkedHashSet 是在 HashSet 的基础上维护了一个双向链表来记录元素的插入次序。
TreeSet 中不能插入 null 的 key，而 HashSet 可以。