week 3 - More on Collections - Lecture 3

一、Motivation

1.    Java支持哪种类型的一维数据结构？
Java中用于在单一维度中存储数据的数据结构，如arrays or ArrayLists.

2.    如何在Java下创建一维数据结构？（1-dimensional data structure）
定义和初始化这些一维数据结构

int[] arr = new int[10]；

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};  // 使用初始化语法创建并赋值

<Integer> list = new ArrayList<>()；用于动态列表

3.    我们如何使用它们？如何maintain它们？
数组或列表中添加、删除或访问元素。

维数据结构主要包括对其进行动态管理和更新，包括扩展大小、添加新元素、删除元素、检查元素等操作

4.    我们可以在Java下迭代一维数据结构吗？
for或for-each这样的循环来遍历一维结构（如数组或列表）中的元素。

• 数组用于固定大小的数据存储，适用于已知大小且不需要频繁扩展的场景。

• ArrayList 用于动态大小的数据存储，适用于需要频繁修改数据的场景。

二、Menu

• Collections and List

• Using List and ArrayList

• Iterators

三、Comments on code style        代码风格的注释

1. 省略 this. 关键字

 一般情况下，我们不需要在方法调用前加上 this.，除非在构造函数或方法内部需要明确区分实例变量和局部变量时才使用。

• 不推荐的写法：this.loadFromFile(fname);

• 推荐的写法：loadFromFile(fname);

• Explanation: 在 Java 中，如果没有命名冲突，通常不需要使用 this 关键字来调用实例方法或访问实例变量。

2. 省略包含单一语句的花括号 {}

 如果 if、while 等控制语句只包含一个语句，那么可以省略 {}，使代码更加简洁。

• 不推荐的写法：

while (i < name.length) {
    name[i] = null;
}

• 推荐的写法：

while (i < name.length)
    name[i] = null;

四、集合类型 (Collection Types)

 Java 集合框架 的接口和类的层次结构，并展示了如何使用它们来处理数据。

1. 接口

 Collection 是一个通用接口，表示一个元素集合，所有 Java 集合框架的实现都继承自该接口。

 List 是 Collection 接口的子接口，表示一种有序集合，允许重复的元素。

2. 类

 ArrayList 和 LinkedList 是实现了 List 接口的具体类，分别基于动态数组和链表结构。

3. 接口的继承关系

• List 继承自 Collection，并且它实现了多种有序的集合操作。例如，ArrayList<E> 是基于动态数组实现的，而 LinkedList<E> 是基于链表实现的。

4. 子接口扩展

• 子接口（如 List）会继承父接口（如 Collection）的方法，并且可以添加自己的特有方法。

The sub interface has all the methods of the super interface

五、Methods on Collection and List

1. Collection 接口中的方法

• isEmpty(): 判断集合是否为空，返回 boolean 类型。

• size(): 返回集合中元素的个数，返回 int 类型。

• contains(E elem): 判断集合中是否包含指定元素，返回 boolean 类型。

• add(E elem): 向集合中添加元素，返回 boolean 类型，表示是否成功添加。

• remove(E elem): 移除集合中的指定元素，返回 boolean 类型，表示是否成功移除。

• iterator(): 返回一个迭代器对象，用于遍历集合中的元素。

 // 获取 Iterator 对象

        Iterator<String> iterator = list.iterator();

        // 使用迭代器遍历元素

        while (iterator.hasNext()) {

            String fruit = iterator.next();

            System.out.println(fruit);

        }

Iterator 接口 定义了三个常用方法：

1. hasNext()：检查是否还有下一个元素。

2. next()：获取下一个元素。

3. remove()：删除当前元素（可选操作）。

 

2. List 接口中的方法

E 代表的是 “元素”（Element）的泛型类型参数。它是一个通用的类型参数，通常用于表示集合中存储的对象类型。比如，List<E> 就表示 一个可以存储任意类型元素的列表

• add(int index, E elem): 在指定位置 index 插入元素 elem。

• remove(int index): 移除指定位置的元素，返回被移除的元素。

• get(int index): 获取指定位置的元素，返回该元素。

• set(int index, E elem): 替换指定位置的元素，返回被替换的元素。

• indexOf(E elem): 返回指定元素在列表中的位置（索引），如果元素不存在则返回 -1。

• subList(int from, int to): 返回一个新的子列表，从 from 索引到 to 索引之间的元素。

六、使用集合类型 (Using a collection type)

1. 声明集合类型变量

变量或字段应声明为接口类型，而不是具体实现类。这是为了使代码更加灵活，可以随时更换具体的实现类（例如从 ArrayList 切换到 LinkedList）。

List 是一个接口，代表有序集合，它有多个具体的实现类，如 ArrayList 和 LinkedList。当你声明一个集合类型时，最好使用接口类型（例如 List），而不是具体的实现类（例如 ArrayList 或 LinkedList）。

• 示例：The type between “<“ and “>” is the type of the elements

// 声明为 List 接口类型，具体实现可以是 ArrayList 或 LinkedList

private List<Task> tasks;

// 创建具体实现对象时，可以选择不同的实现类

tasks = new ArrayList<Task>();  // 使用 ArrayList 实现

// 或者

tasks = new LinkedList<Task>();  // 使用 LinkedList 实现

 这里的 List<Task> 表示任务的集合，Task 是任务对象的类型。

2. 创建集合对象

使用实现了集合接口的类来创建对象。比如，通过 ArrayList 或 LinkedList 来实现 List 接口。

• 示例：

tasks = new ArrayList<Task>();

• 这行代码创建了一个 ArrayList 类型的 tasks 集合，存储 Task 类型的元素。

3. 操作集合中的元素

• 一旦创建了集合对象，就可以调用集合方法来访问或修改集合中的元素，例如：

• add() 用于添加元素，

• remove() 用于删除元素，

• get() 用于获取元素等。

七、Example

1. TodoList – 任务的集合

• TodoList 是一个任务集合，用于按顺序管理需要完成的任务。任务按照它们应该完成的顺序存储在集合中。

集合的类型是 List，其中 Task 是任务对象的类型。

Collection type: List of tasks

2. TodoList 的要求

• 从文件中读取任务列表： 可以通过文件存储任务，并从中读取任务列表。

• 显示所有任务： 提供一个方法来显示当前所有的任务，确保任务列表是清晰的。

• 添加任务： 可以在列表的末尾添加新任务，或者在指定的位置插入任务。

• 删除任务： 从列表中删除指定的任务。

• 移动任务： 将任务从一个位置移动到另一个位置，确保任务按顺序执行。

实现了 ActionListener 接口的 TodoList 类。它的作用是从文件中读取任务列表并存储在 List<Task> 类型的集合中

public class TodoList implements ActionListener{ 

        private List<Task> tasks;

        public void readTasks(String fname){

            try {

                     Scanner sc = new Scanner(new File(fname));

                     tasks = new ArrayList<Task>();

                      while ( sc.hasNext() )

                                tasks.add(new Task(sc.next()));

                      sc.close();

        } catch(IOException e){…}

        displayTasks();

        }

 

 askTask() 和 askIndex() 方法用于向用户询问任务内容或索引值。

3. Iterator 在 Java 中的应用 

（1） for-each 循环转为 Iterator：

for (Task task : tasks){

textArea.append(task + "\n");

for-each 循环 本质上是 Iterator 的一种简化写法。

Iterator<Task> iter = tasks.iterator();
while (iter.hasNext()) {
    Task task = iter.next();
    textArea.append(task + "\n");
}

（2） Iterator 接口：

• Iterator 接口有两个主要方法：

• hasNext()：检查是否有下一个元素。

• next()：返回下一个元素。

public interface Iterator<E> {
    public boolean hasNext();
    public E next();
} 

 使用 Iterator 遍历 List<String> 中的元素。

for ( String str : items) System.out.print(str + “, “);

Iterator<String> iter = items.iterator();

while (iter.hasNext()){

        String str = iter.next();

        System.out.print(str + “, “);

}

八、List 与数组（Array）的对比​​​​​​​

1. List 的优势：

• 没有大小限制，可以根据需要自动增长。

• 提供了很多内置方法，如 add()、get()、remove() 等，操作更加方便。

2. 数组的局限性：

• 数组大小固定，不能动态扩展。如果需要改变数组的大小，必须创建新的数组。

• 数组操作比较麻烦，尤其是需要处理元素的添加、删除时，必须手动处理大小和位置的变动。