Java集合之Collection集合、泛型 【集合综合案例：斗地主】

第一章、 Collection集合

1.1 集合概述

• 集合：集合是java中提供的一种容器，可以用来存储多个数据。

集合和数组既然都是容器，它们有啥区别呢？

• 数组的长度是固定的。集合的长度是可变的。
• 数组中存储的是同一类型的元素，可以存储基本数据类型值。集合存储的都是对象。而且对象的类型可以不一致。在开发中一般当对象多的时候，使用集合进行存储。

1.2 集合框架

集合按照其存储结构可以分为两大类，分别是单列集合java.util.Collection和双列集合java.util.Map，

• Collection：单列集合类的根接口，用于存储一系列符合某种规则的元素，它有两个重要的子接口，分别是java.util.List和java.util.Set。其中，List的特点是元素有序、元素可重复。Set的特点是元素无序，而且不可重复。List接口的主要实现类有java.util.ArrayList和java.util.LinkedList，Set接口的主要实现类有java.util.HashSet和java.util.TreeSet。

• 单列集合的体系结构：
  
  集合本身是一个工具，它存放在java.util包中。在Collection接口定义着单列集合框架中最最共性的内容。

1.3 Collection 常用功能

Collection是所有单列集合的父接口，因此在Collection中定义了单列集合(List和Set)通用的一些方法，这些方法可用于操作所有的单列集合。方法如下：

• public boolean add(E e)： 把给定的对象添加到当前集合中 。
• public void clear() :清空集合中所有的元素。
• public boolean remove(E e): 把给定的对象在当前集合中删除。
• public boolean contains(E e): 判断当前集合中是否包含给定的对象。
• public boolean isEmpty(): 判断当前集合是否为空。
• public int size(): 返回集合中元素的个数。
• public Object[] toArray(): 把集合中的元素，存储到数组中。

方法演示：

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;

public class Demo1Collection {
    public static void main(String[] args) {
		// 创建集合对象 
    	// 使用多态形式
    	Collection<String> coll = new ArrayList<String>();
    	// 使用方法
    	// 添加功能  boolean  add(String s)
    	coll.add("小李广");
    	coll.add("扫地僧");
    	coll.add("石破天");
    	System.out.println(coll);//[小李广, 扫地僧, 石破天]

    	// boolean contains(E e) 判断o是否在集合中存在
    	System.out.println("判断  扫地僧 是否在集合中"+coll.contains("扫地僧"));//判断  扫地僧 是否在集合中true

    	//boolean remove(E e) 删除在集合中的o元素
    	System.out.println("删除石破天："+coll.remove("石破天"));//删除石破天：true
    	System.out.println("操作之后集合中元素:"+coll);//操作之后集合中元素:[小李广, 扫地僧]
    	
    	// size() 集合中有几个元素
		System.out.println("集合中有"+coll.size()+"个元素");

		// Object[] toArray()转换成一个Object数组
    	Object[] objects = coll.toArray();
    	// 遍历数组
    	for (int i = 0; i < objects.length; i++) {
			System.out.println(objects[i]);
		}

		// void  clear() 清空集合
		coll.clear();
		System.out.println("集合中内容为："+coll);
		// boolean  isEmpty()  判断是否为空
		System.out.println(coll.isEmpty());  	
	}
}

第二章、 Iterator迭代器

2.1 Iterator接口

在程序开发中，经常需要遍历集合中的所有元素。针对这种需求，JDK专门提供了一个接口java.util.Iterator。Iterator接口也是Java集合中的一员，但它与Collection、Map接口有所不同，Collection接口与Map接口主要用于存储元素，而Iterator主要用于迭代访问（即遍历）Collection中的元素，因此Iterator对象也被称为迭代器。

想要遍历Collection集合，那么就要获取该集合迭代器完成迭代操作，下面介绍一下获取迭代器的方法：

• public Iterator iterator():获取集合对应的迭代器，用来遍历集合中的元素的。

下面介绍一下迭代的概念：

• 迭代：即Collection集合元素的通用获取方式。在取元素之前先要判断集合中有没有元素，如果有，就把这个元素取出来，继续在判断，如果还有就再取出出来。一直把集合中的所有元素全部取出。这种取出方式专业术语称为迭代。

Iterator接口的常用方法如下：

• public E next():返回迭代的下一个元素。
• public boolean hasNext():如果仍有元素可以迭代，则返回 true。

接下来我们通过案例学习如何使用Iterator迭代集合中元素：

迭代器(对集合进行遍历)
方法：
1. boolean hasNext():如果仍有元素可以迭代，则返回true。
判断集合中还有没有下一个元素，有就返回true，没有就返回false。
2. E next():返回迭代的下一个元素。
取出集合中的下一元素。
Iterator迭代器，是一个接口，我们无法直接使用，需要使用Iterator接口的实现类对象。
Collection接口中有一个方法，叫iterator(),这个方法返回的就是迭代器的实现类对象。

import java.util.*;
/**
 *
 * 迭代器的使用步骤：
 * 1. 使用集合中的方法iterator()获取迭代器的实现类对象，使用iterator接口接收(多态)
 * 2. 使用Iterator接口中的方法hasNext判断还有没有下一个元素。
 * 3. 使用Iterator接口中的方法next取出集合中的下一个元素。
 */
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        //创建一个集合对象
        Collection<String> coll = new ArrayList<>();
        //往集合中添加元素
        coll.add("姚明");
        coll.add("科比");
        coll.add("麦迪");
        coll.add("詹姆士");
        coll.add("艾弗森");
        /**
         * 注意：Iterator<E>接口也是有泛型的，迭代器的泛型和集合一致，集合是什么泛型，迭代器就是什么泛型。
         */
        //多态 接口              实现类对象
        Iterator<String> it = coll.iterator();
        boolean b = it.hasNext();
        System.out.println(b);//true
        /**
         * 发现使用迭代器取出集合中元素的代码，是一个重复的过程;所以我们可以使用循环优化
         * 因为不知道集合中有多少元素，使用while循环
         * 循环结束条件,hasNext方法返回false
         */
        while (it.hasNext()){
            String s = it.next();
            System.out.println(s);
        }
    }
}

for (int i = 0; i < 5; i++) {
	String s = it.next();//当里面没有元素时，再取出元素就会抛出异常NoSuchElementException【没有元素异常】
	System.out.println(s);
}

tips:：在进行集合元素取出时，如果集合中已经没有元素了，还继续使用迭代器的next方法，将会发生java.util.NoSuchElementException没有集合元素的错误。

2.2 迭代器的实现原理

我们在之前案例已经完成了Iterator遍历集合的整个过程。当遍历集合时，首先通过调用t集合的iterator()方法获得迭代器对象，然后使用hashNext()方法判断集合中是否存在下一个元素，如果存在，则调用next()方法将元素取出，否则说明已到达了集合末尾，停止遍历元素。

Iterator迭代器对象在遍历集合时，内部采用指针的方式来跟踪集合中的元素，为了让初学者能更好地理解迭代器的工作原理，接下来通过一个图例来演示Iterator对象迭代元素的过程：

在调用Iterator的next方法之前，迭代器的索引位于第一个元素之前，不指向任何元素，当第一次调用迭代器的next方法后，迭代器的索引会向后移动一位，指向第一个元素并将该元素返回，当再次调用next方法时，迭代器的索引会指向第二个元素并将该元素返回，依此类推，直到hasNext方法返回false，表示到达了集合的末尾，终止对元素的遍历。

2.3 增强for

增强for循环(也称for each循环)是JDK1.5以后出来的一个高级for循环，专门用来遍历数组和集合的。它的内部原理其实是个Iterator迭代器，所以在遍历的过程中，不能对集合中的元素进行增删操作。

格式：

for(元素的数据类型  变量 : Collection集合or数组){ 
  	//写操作代码
}

它用于遍历Collection和数组。通常只进行遍历元素，不要在遍历的过程中对集合元素进行增删操作。

练习1：遍历数组

public class NBForDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
		int[] arr = {3,5,6,87};
       	//使用增强for遍历数组
		for(int a : arr){//a代表数组中的每个元素
			System.out.println(a);
		}
	}
}

练习2:遍历集合

public class NBFor {
    public static void main(String[] args) {        
    	Collection<String> coll = new ArrayList<String>();
    	coll.add("小河神");
    	coll.add("老河神");
    	coll.add("神婆");
    	//使用增强for遍历
    	for(String s :coll){//接收变量s代表 代表被遍历到的集合元素
    		System.out.println(s);
    	}
	}
}

tips: 新for循环必须有被遍历的目标。目标只能是Collection或者是数组。新式for仅仅作为遍历操作出现。

第三章 泛型

3.1 泛型概述

在前面学习集合时，我们都知道集合中是可以存放任意对象的，只要把对象存储集合后，那么这时他们都会被提升成Object类型。当我们在取出每一个对象，并且进行相应的操作，这时必须采用类型转换。

大家观察下面代码：

import java.util.*;
/**
 * 创建集合对象，不适用泛型
 * 好处：集合不适用泛型，默认的类型就是Object类型，可以存储任意类型的数据。
 * 弊端：不安全，会引发异常
 */
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList list = new  ArrayList();
        list.add("abc");
        list.add(1);
        //使用迭代器遍历集合
        //1.获取迭代器
        Iterator it = list.iterator();
        //2.使用hasNext和next遍历集合
        while (it.hasNext()){
            Object obj = it.next();
            System.out.println(obj);
            //想要使用String类特有的方法，length获取字符串的长度；不能使用 多态Object obj = "abc"
            //需要向下转型
            //会抛出ClassCastException类型转换异常，不能把Integer类型转换为String类型
            String s = (String) obj;
            System.out.println(s.length());
        }
    }
}

程序在运行时发生了问题java.lang.ClassCastException。 为什么会发生类型转换异常呢？ 我们来分析下：由于集合中什么类型的元素都可以存储。导致取出时强转引发运行时 ClassCastException。 怎么来解决这个问题呢？ Collection虽然可以存储各种对象，但实际上通常Collection只存储同一类型对象。例如都是存储字符串对象。因此在JDK5之后，新增了泛型(Generic)语法，让你在设计API时可以指定类或方法支持泛型，这样我们使用API的时候也变得更为简洁，并得到了编译时期的语法检查。

• 泛型：可以在类或方法中预支地使用未知的类型。

tips:一般在创建对象时，将未知的类型确定具体的类型。当没有指定泛型时，默认类型为Object类型。

3.2 使用泛型的好处

上一节只是讲解了泛型的引入，那么泛型带来了哪些好处呢？

创建集合对象，使用泛型：
好处：
1. 避免了类型转换的麻烦，存储的是什么类型，取出的就是什么类型
2. 把运行期异常(代码运行之后会抛出的异常),提升到了编译期(写代码的时候会报错)。
弊端：
泛型是什么类型，只能存储什么类型的数据。

import java.util.*;
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("abc");
//        list.add(1);//add(java.lang.String)in ArrayList cannot be applied to(int)
        //1. 使用迭代器遍历list集合
        Iterator<String> it = list.iterator();
        while (it.hasNext()){
            String s = it.next();
            System.out.println(s+"->"+s.length());
        }
    }
}

tips:泛型是数据类型的一部分，我们将类名与泛型合并一起看做数据类型。

3.3 泛型的定义与使用

我们在集合中会大量使用到泛型，这里来完整地学习泛型知识。

泛型，用来灵活地将数据类型应用到不同的类、方法、接口当中。将数据类型作为参数进行传递。

3.3.1定义和使用含有泛型的类

定义格式：

修饰符 class 类名<代表泛型的变量> {  }

例如，API中的ArrayList集合：

class ArrayList<E>{ 
    public boolean add(E e){ }

    public E get(int index){ }
   	....
}

使用泛型： 即什么时候确定泛型。

在创建对象的时候确定泛型

例如，ArrayList<String> list = new ArrayList<String>();

此时，变量E的值就是String类型,那么我们的类型就可以理解为：

class ArrayList<String>{ 
     public boolean add(String e){ }

     public String get(int index){  }
     ...
}

再例如，ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();

此时，变量E的值就是Integer类型,那么我们的类型就可以理解为：

class ArrayList<Integer> { 
     public boolean add(Integer e) { }

     public Integer get(int index) {  }
     ...
}

举例自定义泛型类

/**
 * 定义一个含有泛型的类，模拟ArrayList集合
 * 泛型是一个未知的数据类型，当我们不确定什么数据类型的时候，可以使用泛型。
 * 泛型可以接收任意的数据类型，可以使用Integer,String,Student....
 * 创建对象的时候确定泛型的数据类型
 */
class GenericClass<E> {
    private E name;

    public E getName() {
        return name;
    }

    public void setName(E name) {
        this.name = name;
    }
}
public class GenericClassDemo{
    public static void main(String[] args) {
        //不写泛型，默认Object类
        GenericClass gc = new GenericClass();
        gc.setName("字符串");
        Object obj = gc.getName();
        System.out.println(obj);

        //创建GenericClass对象，泛型使用Integer类型
        GenericClass<Integer> gc2 = new GenericClass<>();
        gc2.setName(1);
        System.out.println(gc2.getName());
        //创建GenericClass对象，泛型使用String类型
        GenericClass<String> gc3 = new GenericClass<>();
        gc3.setName("小明");
        System.out.println(gc3.getName());
    }
}

3.3.2.1、含有泛型的方法

定义格式：

修饰符 <代表泛型的变量> 返回值类型 方法名(参数){  }

使用格式：调用方法时，确定泛型的类型；传递什么类型的参数，泛型就是什么类型

//定义含有泛型的方法：泛型定义在方法的修饰符和返回值类型之间。
class GenericMethod{
    //定义一个含有泛型的方法
    public <M> void method(M m){
        System.out.println(m);
    }
}
public class GenericMethodDemo{
    public static void main(String[] args) {
        //测试含有泛型的方法
        GenericMethod gm = new GenericMethod();
        /**
         * 调用含有泛型的方法method
         * 传递什么类型，泛型就是什么类型
         */
        gm.method(10);//10
        gm.method("小毛驴");//小毛驴
        gm.method(6.6);//6.6
        gm.method(true);//true
    }
}

3.3.2.2、 定义和使用含有泛型的静态方法

package com.ischoolbar.programmer;

class GenericMethod{
    //定义一个含有泛型的静态方法
    public static <S> void method(S s){
        System.out.println(s);
    }
}
public class GenericMethodDemo{
    public static void main(String[] args) {
        GenericMethod gm = new GenericMethod();
        gm.method("静态方法，不建议创建对象使用");//静态方法，不建议创建对象使用

        //静态方法， 通过类名.方法名(参数)可以直接使用
        GenericMethod.method("静态方法");//静态方法
        GenericMethod.method(1);//1

    }
}

3.3.3、含有泛型的接口

定义格式：

修饰符 interface接口名<代表泛型的变量> {  }

例如，

public interface MyGenericInterface<E>{
	public abstract void add(E e);
	
	public abstract E getE();  
}

1、定义类时确定泛型的类型

//定义含有泛型的接口
interface GenericInterface<I>{
    public abstract void method(I i);
}
/**
 * 含有泛型的接口,第一种使用方式:定义接口的实现类,实现接口,指定接口的泛型.
 * public interface Iterator<E>{
 *     E next();
 * }
 * Scanner类实现了Iterator接口，并指定接口的泛型为String,所以重写next方法,泛型默认值就是String
 * public final class Scanner implements Iterator<String>{
 *     public String next() {}
 * }
 */
class GenericInterfaceImpl1 implements GenericInterface<String>{
    @Override
    public void method(String s) {
        System.out.println(s);
    }
}

//测试含有泛型的接口
public class GenericInterfaceDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建GenericInterfaceImpl1对象
        GenericInterfaceImpl1 gi1 = new GenericInterfaceImpl1();
        gi1.method("字符串");
    }
}

2、始终不确定泛型的类型，直到创建对象时，确定泛型的类型

//定义含有泛型的接口
interface GenericInterface<I>{
    public abstract void method(I i);
}
/**
 * 含有泛型的接口第二种使用方式:接口使用什么泛型，实现类就是使用什么泛型，类和接口一致
 * 就相当于定义了一个含有泛型的类，创建对象的时候确定泛型的类型
 * public interface List<E>{
 *     boolean add(E e);
 *     E get(int index);
 * }
 * public class ArrayList<E> implements List<E>{
 *     public boolean add(E e){}
 *     public E get(int index){}
 * }
 */
class GenericInterfaceImpl2<I> implements GenericInterface<I>{
    @Override
    public void method(I i) {
        System.out.println(i);
    }
}

//测试含有泛型的接口
public class GenericInterfaceDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        //创建GenericInterfaceImpl2对象
        GenericInterfaceImpl2<Integer> gi2 = new GenericInterfaceImpl2();
        gi2.method(10);

        GenericInterfaceImpl2<Double> gi3 = new GenericInterfaceImpl2();
        gi3.method(8.8);
    }
}

3.4 泛型通配符

当使用泛型类或者接口时，传递的数据中，泛型类型不确定，可以通过通配符<?>表示。但是一旦使用泛型的通配符后，只能使用Object类中的共性方法，集合中元素自身方法无法使用。

通配符基本使用

泛型的通配符:不知道使用什么类型来接收的时候,此时可以使用?,?表示未知通配符。
此时只能接受数据,不能往该集合中存储数据。
举个例子大家理解使用即可：泛型不能使用通配符 " ？"，泛型定义的时候不能使用；但是做为参数传递的时候可以使用。

import java.util.ArrayList;
import java.util.Iterator;

public class GenericDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Integer> list01 = new ArrayList<>();
        list01.add(1);
        list01.add(2);

        ArrayList<String> list02 = new ArrayList<>();
        list02.add("a");
        list02.add("b");

        printArray(list01);
        printArray(list02);
    }
    /**
     * 定义一个方法,能遍历所有类型的ArrayList集合
     * 这个时候我们不知道ArrayList集合使用什么数据类型，可以用泛型的通配符？来接受数据类型
     * 注意：
     *      泛型没有继承概念的。
     */
    public static void printArray(ArrayList<?> list){
        //使用迭代器遍历集合
        Iterator<?> it = list.iterator();
        while (it.hasNext()){
            //it.next()方法,取出的元素是Object,可以接收任意的数据类型
            Object obj = it.next();
            System.out.println(obj);
        }
    }
}

tips:泛型不存在继承关系 Collection list = new ArrayList();这种是错误的。

通配符高级使用----受限泛型

之前设置泛型的时候，实际上是可以任意设置的，只要是类就可以设置。但是在JAVA的泛型中可以指定一个泛型的上限和下限。

泛型的上限：

• 格式： 类型名称 <? extends 类 > 对象名称
• 意义： 只能接收该类型及其子类

泛型的下限：

• 格式： 类型名称 <? super 类 > 对象名称
• 意义： 只能接收该类型及其父类型

比如：现已知Object类，String 类，Number类，Integer类，其中Number是Integer的父类

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collection;
/**
 * 泛型的上限限定: ? extends E 代表使用的泛型只能是E类型的子类/本身。
 * 泛型的下限限定: ? super E 代表使用的泛型只能是E类型的父类/本身。
 */
public class GenericDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        Collection<Integer> list1 = new ArrayList<Integer>();
        Collection<String> list2 = new ArrayList<String>();
        Collection<Number> list3 = new ArrayList<Number>();
        Collection<Object> list4 = new ArrayList<Object>();

        getElement1(list1);
        getElement1(list2);//报错
        getElement1(list3);
        getElement1(list4);//报错

        getElement2(list1);//报错
        getElement2(list2);//报错
        getElement2(list3);
        getElement2(list4);
        /**
         * 类与类之间的继承关系
         * Integer extends Number extends Object
         * String extends Object
         */
    }
    // 泛型的上限：此时的泛型?，必须是Number类型或者Number类型的子类
    public static void getElement1(Collection<? extends Number> coll){}
    // 泛型的下限：此时的泛型?，必须是Number类型或者Number类型的父类
    public static void getElement2(Collection<? super Number> coll){}
}

第四章 集合综合案例

4.1 案例介绍

按照斗地主的规则，完成洗牌发牌的动作。
具体规则：

使用54张牌打乱顺序,三个玩家参与游戏，三人交替摸牌，每人17张牌，最后三张留作底牌。

4.2 案例分析

• 准备牌：

  牌可以设计为一个ArrayList,每个字符串为一张牌。
  每张牌由花色数字两部分组成，我们可以使用花色集合与数字集合嵌套迭代完成每张牌的组装。
  牌由Collections类的shuffle方法进行随机排序。

• 发牌

  将每个人以及底牌设计为ArrayList,将最后3张牌直接存放于底牌，剩余牌通过对3取模依次发牌。

• 看牌

  直接打印每个集合。
  

4.3 代码实现

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;

public class Poker {
    public static void main(String[] args) {
        /*
        * 1: 准备牌操作
        */
        //1.1 创建牌盒 将来存储牌面的 
        ArrayList<String> pokerBox = new ArrayList<String>();
        //1.2 创建花色集合
        ArrayList<String> colors = new ArrayList<String>();

        //1.3 创建数字集合
        ArrayList<String> numbers = new ArrayList<String>();

        //1.4 分别给花色 以及 数字集合添加元素
        colors.add("♥");
        colors.add("♦");
        colors.add("♠");
        colors.add("♣");

        for(int i = 2;i<=10;i++){
            numbers.add(i+"");
        }
        numbers.add("J");
        numbers.add("Q");
        numbers.add("K");
        numbers.add("A");
        //1.5 创造牌  拼接牌操作
        // 拿出每一个花色  然后跟每一个数字 进行结合  存储到牌盒中
        for (String color : colors) {
            //color每一个花色 
            //遍历数字集合
            for(String number : numbers){
                //结合
                String card = color+number;
                //存储到牌盒中
                pokerBox.add(card);
            }
        }
        //1.6大王小王
        pokerBox.add("小☺");
        pokerBox.add("大☠");	  
        // System.out.println(pokerBox);
        //洗牌 是不是就是将  牌盒中 牌的索引打乱 
        // Collections类  工具类  都是 静态方法
        // shuffer方法   
        /*
         * static void shuffle(List<?> list) 
         *     使用默认随机源对指定列表进行置换。 
         */
        //2:洗牌
        Collections.shuffle(pokerBox);
        //3 发牌
        //3.1 创建 三个 玩家集合  创建一个底牌集合
        ArrayList<String> player1 = new ArrayList<String>();
        ArrayList<String> player2 = new ArrayList<String>();
        ArrayList<String> player3 = new ArrayList<String>();
        ArrayList<String> dipai = new ArrayList<String>();	  

        //遍历 牌盒  必须知道索引   
        for(int i = 0;i<pokerBox.size();i++){
            //获取 牌面
            String card = pokerBox.get(i);
            //留出三张底牌 存到 底牌集合中
            if(i>=51){//存到底牌集合中
                dipai.add(card);
            } else {
                //玩家1   %3  ==0
                if(i%3==0){
                  	player1.add(card);
                }else if(i%3==1){//玩家2
                  	player2.add(card);
                }else{//玩家3
                  	player3.add(card);
                }
            }
        }
        //看看
        System.out.println("令狐冲："+player1);
        System.out.println("田伯光："+player2);
        System.out.println("绿竹翁："+player3);
        System.out.println("底牌："+dipai);  
	}
}