【JAVA】Java基础—面向对象编程：常用API与数据结构

Java集合框架是Java编程语言中一个强大的工具集，它提供了数据结构的实现和操作方法，用于存储和处理对象。Java集合框架的核心接口包括List、Set和Map，它们为开发者提供了灵活而高效的数据管理方式。在日常开发中，集合框架的使用无处不在，从简单的数据存储到复杂的数据处理，集合框架都能提供解决方案。

List：可以将List比作一个购物清单，清单上的物品是有序的，并且可以重复。
Set：可以将Set比作一个参加会议的人员名单，每个人只能出现一次。
Map：可以将Map比作一个字典，单词（键）和其定义（值）之间的映射。

1. Java集合框架的重要性

Java集合框架通过提供一组通用的数据结构，简化了数据管理和操作。这些数据结构包括但不限于列表（List）、集合（Set）、映射（Map）等，它们在各种应用场景中都能找到用武之地。

List：用于存储有序的元素集合，可以包含重复的元素。
Set：用于存储无序的、唯一的元素集合。
Map：用于存储键值对映射，键是唯一的，但值可以重复。

2. 实际应用场景

List：在需要保持元素顺序或允许重复的场景中，如处理用户输入的历史记录。
Set：在需要确保元素唯一性的场景中，如存储用户ID或产品SKU。
Map：在需要快速查找的场景中，如缓存数据或配置文件中的键值对。

一、List接口

1. ArrayList的使用

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;public class ListExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个ArrayListList<String> fruits = new ArrayList<>();// 添加元素fruits.add("Apple");fruits.add("Banana");fruits.add("Orange");// 获取元素String firstFruit = fruits.get(0);System.out.println("第一个水果: " + firstFruit); // 输出: 第一个水果: Apple// 遍历列表System.out.println("水果列表:");for (String fruit : fruits) {System.out.println(fruit);}// 删除元素fruits.remove("Banana");System.out.println("删除后水果列表: " + fruits);}
}

解释：

ArrayList是List接口的一个实现，底层是基于数组的动态数组。
可以通过add()方法添加元素，通过get(int index)方法获取元素。
使用增强型for循环遍历列表。
remove(Object o)方法用于删除指定的元素。

2. LinkedList的使用

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;public class LinkedListExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个LinkedListList<String> animals = new LinkedList<>();// 添加元素animals.add("Dog");animals.add("Cat");animals.add("Horse");// 获取第一个和最后一个元素String firstAnimal = animals.get(0);String lastAnimal = animals.get(animals.size() - 1);System.out.println("第一个动物: " + firstAnimal); // 输出: 第一个动物: DogSystem.out.println("最后一个动物: " + lastAnimal); // 输出: 最后一个动物: Horse// 删除第一个元素animals.remove(0);System.out.println("删除第一个元素后: " + animals);}
}

解释：

LinkedList是List接口的另一个实现，底层是基于链表的数据结构。
适合频繁插入和删除操作的场景，因为它的元素插入和删除操作效率较高。

二、Set接口

1. HashSet的使用

import java.util.HashSet;
import java.util.Set;public class SetExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个HashSetSet<String> colors = new HashSet<>();// 添加元素colors.add("Red");colors.add("Green");colors.add("Blue");colors.add("Red"); // 重复元素不会被添加// 检查元素是否存在boolean hasGreen = colors.contains("Green");System.out.println("集合中是否有绿色: " + hasGreen); // 输出: 集合中是否有绿色: true// 遍历集合System.out.println("颜色集合:");for (String color : colors) {System.out.println(color);}}
}

解释：

HashSet是Set接口的一个实现，基于哈希表。
不允许重复元素，元素的顺序不保证。
适合快速查找、插入和删除元素。

2. TreeSet的使用

import java.util.Set;
import java.util.TreeSet;public class TreeSetExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个TreeSetSet<String> countries = new TreeSet<>();// 添加元素countries.add("USA");countries.add("China");countries.add("India");// 遍历集合（自动排序）System.out.println("国家集合:");for (String country : countries) {System.out.println(country);}}
}

解释：

TreeSet是Set接口的另一个实现，基于红黑树。
元素按自然顺序排序。
适合需要排序的场景。

三、Map接口

1. HashMap的使用

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;public class MapExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个HashMapMap<String, Integer> ages = new HashMap<>();// 添加键值对ages.put("Alice", 30);ages.put("Bob", 25);ages.put("Charlie", 35);// 获取值int ageOfAlice = ages.get("Alice");System.out.println("Alice的年龄: " + ageOfAlice); // 输出: Alice的年龄: 30// 遍历键值对System.out.println("年龄列表:");for (Map.Entry<String, Integer> entry : ages.entrySet()) {System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());}}
}

解释：

HashMap是Map接口的一个实现，基于哈希表。
允许键和值为null。
适合快速查找、插入和删除键值对。

2. TreeMap的使用

import java.util.Map;
import java.util.TreeMap;public class TreeMapExample {public static void main(String[] args) {// 创建一个TreeMapMap<String, String> capitals = new TreeMap<>();// 添加键值对capitals.put("USA", "Washington, D.C.");capitals.put("China", "Beijing");capitals.put("India", "New Delhi");// 遍历键值对（按键排序）System.out.println("国家和首都:");for (Map.Entry<String, String> entry : capitals.entrySet()) {System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());}}
}

解释：