Java泛型与集合对象比较：原理、实践与应用

### Java泛型与集合对象比较：原理、实践与应用 #### 1. 泛型基础与示例分析 泛型在Java编程中扮演着重要角色，它允许我们创建可重用的代码组件，同时提高类型安全性。下面通过一个具体的示例来深入理解泛型的使用。 ```java import java.util.Arrays; import java.util.List; public class GenVarArgs { public static <T> void doIt(List<T>... aols) { // (1) for(int i = 0; i < aols.length; i++) { System.out.print(aols[i] + " "); } } public static void main(String... args) { // (2) List<String> ls1 = Arrays.asList("one", "two"); List<String> ls2 = Arrays.asList("three", "four"); List<String>[] aols = new List[] {ls1, ls2}; // (3) doIt(aols); // (4) } } ``` 这个程序定义了一个泛型方法`doIt`，它接受一个可变参数的`List<T>`数组。在`main`方法中，我们创建了两个`List<String>`对象，并将它们放入一个数组中，然后调用`doIt`方法。该程序的输出结果是将数组中的每个`List`元素打印出来。 #### 2. 泛型的相关概念与特性 泛型涉及到多种类型，包括泛型类型、参数化类型和原始类型。以下是泛型的一些重要特性： - **声明泛型类型**：可以声明泛型类和接口，以及参数化类型。 - **扩展泛型类型**：泛型类型可以被扩展，以满足不同的需求。 - **混合泛型代码和遗留代码**：在实际开发中，可能需要将泛型代码与遗留代码混合使用。 - **类型安全警告**：使用泛型时，可能会遇到未检查的警告，需要理解其对类型安全的影响。 - **通配符的子类型关系**：通配符在泛型中用于表示未知类型，需要理解其与其他类型的子类型关系。 - **类型层次结构**：了解通配符参数化类型的类型层次结构，以及引用转换的规则。 - **操作限制**：使用通配符参数化类型的引用时，需要了解`set`和`get`操作的限制。 - **有界类型参数**：可以使用有界类型参数来限制泛型类型的范围。 - **实现可迭代的泛型类**：可以实现一个既泛型又可迭代的类。 #### 3. 泛型编程练习 为了更好地掌握泛型，下面给出两个编程练习。 ##### 3.1 创建多映射的泛型方法 编写一个泛型方法`toMultiMap()`，用于从给定的映射创建一个多映射。 ##### 3.2 查找有向图路径上的顶点 ```java import java.util.Arrays; import java.util.Collection; import java.util.HashMap; import java.util.HashSet; import java.util.Map; import java.util.Set; public class GraphTraversal { public static void main(String[] args) { // (1) Given a directed graph with five vertices: Integer[][] neighbors = { {1, 3}, // Vertex 0 {2}, // Vertex 1 {4}, // Vertex 2 {1, 2}, // Vertex 3 {} // Vertex 4 }; Map<Integer, Collection<Integer>> graph = new HashMap<Integer, Collection<Integer>>(); for (int i = 0; i < neighbors.length; i++) { graph.put(i, Arrays.asList(neighbors[i])); } // (2) Get start vertex. int startVertex; try { startVertex = Integer.parseInt(args[0]); } catch (ArrayIndexOutOfBoundsException ive) { System.out.println("Usage: java GraphTraversal [0-4]"); return; } catch (NumberFormatException nfe) { System.out.println("Usage: java GraphTraversal [0-4]"); return; } Set<Integer> visitedSet = GraphTraversal.findVerticesOnPath(graph, startVertex); System.out.print("Vertex " + startVertex + " is connected to " + visitedSet); } /** * Finds the vertices on a path from a given vertex in a directed graph. * In the map, the key is a vertex, and the value is the collection * containing its neighbours. */ public static <N> Set<N> findVerticesOnPath(Map<N,Collection<N>> graph, N startVertex) { // Implement the body of the method. // Uses the generic class MyStack from Example 14.7. } } ``` 这个练习要求实现`findVerticesOnPath`方法，用于查找有向图中从给定顶点出发的路径上的所有顶点。该方法使用了泛型，以支持不同类型的顶点。 #### 4. 集合与映射的考试目标 在Java编程中，集合和映射是非常重要的概念。以下是集合与映射的一些考试目标： | 目标编号 | 目标描述 | | ---- | ---- | | 6.1 | 根据设计场景，确定应使用哪些集合类和/或接口来正确实现该设计，包括使用`Comparable`接口。 | | 6.2 | 区分`hashCode`和`equals`方法的正确和错误重写，并解释`==`和`equals`方法的区别。 | | 6.3 | 编写使用泛型版本的`Collections API`的代码，特别是`Set`、`List`和`Map`接口及其实现类。认识非泛型`Collections API`的局限性，并了解如何重构代码以使用泛型版本。编写使用`NavigableSet`和`NavigableMap`接口的代码。 | | 6.4 | 开发能够正确使用类/接口声明、实例变量、方法参数和返回类型中的类型参数的代码；编写泛型方法或使用通配符类型的方法，并理解这两种方法的异同。 | | 6.5 | 使用`java.util`包中的功能编写代码来操作列表，包括排序、执行二分查找或将列表转换为数组。使用`java.util`包中的功能编写代码来操作数组，包括排序、执行二分查找或将数组转换为列表。使用`java.util.Comparator`和`java.lang.Comparable`接口来影响列表和数组的排序。此外，认识基本包装类和`java.lang.String`的“自然排序”对排序的影响。 | #### 5. 比较对象的重要性 在Java中，比较对象是一个常见的操作。理解如何重写`equals()`和`hashCode()`方法，以及实现`Comparable`接口，对于正确使用对象在集合和映射中非常重要。 ##### 5.1 版本号类的示例 以版本号类为例，一个软件产品的版本号通常包含三个部分：发布号、修订号和补丁号。我们将实现不同版本的版本号类，并使用`TestCaseVNO`类的`test`方法进行测试。 ```java import java.util.Arrays; import java.util.Collections; import java.util.HashMap; import java.util.List; import java.util.Map; import java.util.TreeMap; import java.util.TreeSet; import static java.lang.System.out; public class TestCaseVNO { /** Type parameter N represents a class implementing a version number. */ public static <N> void test( // (1) N latest, // (2a) N inShops, // (2b) N older, // (2c) N[] versions, // (3) Integer[] downloads) { // (4) // Print the class name. out.println(latest.getClass()); // (5) // Various tests. out.println("Test object reference and value equality:"); out.printf (" ```