Iterable、Collection、List等接口

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前言

本篇文章总结了常用的接口list、queue、set、map等之间的关系以及使用方法。

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一、接口的关系

图中的都是一些接口，按照箭头的方向为子类指向父类接口，使用他们则需要使用具体的实现类，list下常用的类有Stack、ArrayList、LinkedList；queue常用的类有LinkedList、PriorityQueue；Set常用用的类有TreeSet、HashSet;Map常用的类有TreeMap、HashMap。

ArrayList的底层实现是顺序表，其在物理和逻辑上都是连续存储的，LinkedList的底层实现是链表，其逻辑上是连续的但实际不是连续的存储单元，ArrayList相较LinkedList而言在查找上更迅速，而单链表更适合运用在数据大量的增删操作上。

二、使用方法

1.ArrayList

ArrayList的底层是一个数组。

public class MyArraylist {
    public int[] elem;
    public int usedSize;
    private static final int DEFAULT_SIZE = 10;
    public MyArraylist() {
        this.elem = new int[DEFAULT_SIZE];
    }
    /**
     * 打印顺序表:
     *   根据usedSize判断即可
     */
    public void display() {
        for (int i = 0; i < this.usedSize; i++) {
            System.out.print(elem[i]+" ");
        }
        System.out.println();
    }

    // 新增元素,默认在数组最后新增
    public void add(int data) {
        if(isFull()) {
            System.out.println("扩容");
            this.elem = Arrays.copyOf(this.elem,2*this.elem.length);
        }
        elem[this.usedSize++] = data;
    }

    /**
     * 判断当前的顺序表是不是满的！
     * @return true:满   false代表空
     */
    public boolean isFull() {
        if(this.usedSize == elem.length) {
            return true;
        }
        return false;
    }


    private boolean checkPosInAdd(int pos) {
        if(pos<0||pos>=this.usedSize) {
            return false;
        }
        return true;//合法
    }

    // 在 pos 位置新增元素
    public void add(int pos, int data) {
        if(checkPosInAdd(pos)) {
            for(int i=this.usedSize-1;i>=pos;i--) {
                this.elem[i+1] = this.elem[i];
            }
            this.elem[pos] = data;
            this.usedSize++;
        }else {
            System.out.println("pos位置不合法");
        }
    }

    // 判定是否包含某个元素
    public boolean contains(int toFind) {
        if(indexOf(toFind)>=0) {
            return true;
        }
        return false;
    }
    // 查找某个元素对应的位置
    public int indexOf(int toFind) {
        for (int i = 0; i < this.usedSize; i++) {
            if(elem[i]==toFind) {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }

    // 获取 pos 位置的元素
    public int get(int pos) {
        if(checkPosInAdd(pos)) {
            return this.elem[pos];
        }
        return -1;
    }

    private boolean isEmpty() {
        if(this.usedSize==0) {
            return true;
        }
        return false;
    }
    // 给 pos 位置的元素设为【更新为】 value
    public void set(int pos, int value) {
        if(checkPosInAdd(pos)) {
            this.elem[pos] = value;
        }else {
            System.out.println("pos位置不合法");
        }
    }

    /**
     * 删除第一次出现的关键字key
     * @param key
     */
    public void remove(int key) {
        int index = indexOf(key);
        if(index<0) {
            System.out.println(key+"不存在！");
            return;
        }
        for (int i = index; i < this.usedSize; i++) {
            this.elem[i] = this.elem[i+1];
        }
        this.usedSize--;
    }

    // 获取顺序表长度
    public int size() {
        return this.usedSize;
    }

    // 清空顺序表
    public void clear() {
        this.usedSize = 0;
    }
}

2.LinkedList

双向链表比起单链表更加的方便，双向链表的每一个结点有前驱和后继，删除结点的时候需要将其置null。
LinkedList：

public class MyLinkedList {
    class LinkNode {
        public int val;
        public LinkNode next;
        public LinkNode pre;

        public LinkNode(int val) {
            this.val = val;
        }
    }
    public LinkNode head;
    public LinkNode last;
    //头插法
    public void addFirst(int data) {
        LinkNode node = new LinkNode(data);
        if (head == null) {
            head = node;
            last = node;
        }else {
            node.next = head;
            head.pre = node;
            head = node;
        }
    }
    //尾插法
    public void addLast(int data) {
        LinkNode node = new LinkNode(data);
        if(head == null) {
            head = node;
            last = node;
        }else {
            node.pre = last;
            last.next = node;
            last = node;
        }
    }
    //任意位置插入,第一个数据节点为0号下标
    public void addIndex(int index,int data) {
        if(index<0||index>=size()) return;
        if (index == 0) {
            addFirst(data);
            return;
        }
        if (index == size()-1) {
            addLast(data);
            return;
        }
        LinkNode node = new LinkNode(data);
        LinkNode cur = head;
        while (index != 1) {
            cur = cur.next;
            index--;
        }
        node.next = cur.next;
        node.pre = cur;
        cur.next.pre = node;
        cur.next = node;
    }
    //查找是否包含关键字key是否在单链表当中
    public boolean contains(int key) {
        LinkNode cur = head;
        while (cur != null) {
            if(cur.val == key) {
                return true;
            }
            cur = cur.next;
        }
        return false;
    }
    //删除第一次出现关键字为key的节点
    public void remove(int key) {
        if(head == null) return;
        if(head.val == key) {
            head = head.next;
            return;
        }
        LinkNode cur = head;
        while (cur.next != null) {
            if(cur.next.val == key) {
                cur.next = cur.next.next;
                return;
            }
            cur = cur.next;
        }
    }
    //删除所有值为key的节点
    public void removeAllKey(int key) {
        if(head == null) return;
        LinkNode cur = head;
        while (cur.next != null) {
            if(cur.next.val == key) {
                cur.next = cur.next.next;
            }else {
                cur = cur.next;
            }
        }
        if(head.val == key) {
            head = head.next;
        }
    }
    //得到单链表的长度
    public int size() {
        int count = 0;
        LinkNode cur = head;
        while(cur != null) {
            count++;
            cur = cur.next;
        }
        return count;
    }
    public void display() {
        LinkNode cur = head;
        while(cur != null) {
            System.out.print(cur.val+" ");
            cur = cur.next;
        }
        System.out.println();
    }
    public void clear() {
        LinkNode cur = head;
        while (cur != null) {
            LinkNode curNext = cur.next;
            cur.next = null;
            cur.pre = null;
            cur = curNext;
        }
        head = null;
        last = null;
    }
}

3.Stack

栈的规则是先进后出，可以使用两个队列来实现栈。
1.入栈的时候入到空队里面；
2.出栈的时候出size-1个元素到空栈里面，剩余一个元素则就是需要出队的元素。

class MyStack {
    Queue<Integer> q1;
    Queue<Integer> q2;


    public MyStack() {
        q1 = new LinkedList<>();
        q2 = new LinkedList<>();
    }
    
    public void push(int x) {
        if(!empty()) {
            if(!q1.isEmpty()) {
                q1.offer(x);
            }else{
                q2.offer(x);
            }
        }else{
            q1.offer(x);
        }
    }
    
    public int pop() {
        if(empty()) {
            return -1;
        }
        if(!q1.isEmpty()) {
            int size = q1.size();
            for(int i=0;i<size-1;i++) {
                q2.offer(q1.poll());
            }
            return q1.poll();
        }else{
            int size = q2.size();
            for(int i=0;i<size-1;i++) {
                q1.offer(q2.poll());
            }
            return q2.poll();
        }
    }
    
    public int top() {
        if(empty()) {
            return -1;
        }
        if(!q1.isEmpty()) {
            int size = q1.size();
            int tmp = -1;
            for(int i=0;i<size;i++) {
                tmp=q1.poll();
                q2.offer(tmp);
            }
            return tmp;
        }else{
            int size = q2.size();
            int tmp = -1;
            for(int i=0;i<size;i++) {
                tmp=q2.poll();
                q1.offer(tmp);
            }
            return tmp;
        }
    }
    
    public boolean empty() {
        return q1.isEmpty()&&q2.isEmpty();
    }
}

4.Queue

队列遵循先进先出的规则，可以使用两个栈实现队列，一个栈用来作为入队，另一个栈用来作为出栈。

class MyQueue {
    Stack<Integer> s1;//入队
    Stack<Integer> s2;//出队


    public MyQueue() {
        s1=new Stack<>();
        s2=new Stack<>();
    }
    
    public void push(int x) {
        s1.push(x);
    }
    
    public int pop() {
        if(empty()) {
            return -1;
        }
        if(!s2.empty()) {
            return s2.pop();
        }else{
            int size=s1.size();
            for(int i=0;i<size;i++) {
                s2.push(s1.pop());
            }
            return s2.pop();
        }
    }
    
    public int peek() {
        if(empty()) {
            return -1;
        }
        if(!s2.empty()) {
            return s2.peek();
        }else{
            int size=s1.size();
            for(int i=0;i<size;i++) {
                s2.push(s1.pop());
            }
            return s2.peek();
        }
    }
    
    public boolean empty() {
        return s1.empty()&&s2.empty();
    }
}

5.PriorityQueue

优先级队列创建出来的是一个大根堆或小根堆，大根堆还是小根堆主要看比较器，对于自定义类型必须传入比较器。

PriorityQueue<Integer> priorityQueue = new PriorityQueue<>(new Comparator<Integer>() {
            @Override
            public int compare(Integer o1, Integer o2) {
                return o2 - o1;
            }
        });

寻找最小k个数：

    public int[] smallestK(int[] arr, int k) {
        int[] ret = new int[k];
        if(arr.length == 0 || k <= 0) return ret;
        //1.创建大根堆
        PriorityQueue<Integer> priorityQueue = new PriorityQueue<>(new Comparator<Integer>() {
            @Override
            public int compare(Integer o1, Integer o2) {
                return o2 - o1;
            }
        });
        //2.创建k个值的大根堆
        for (int i = 0; i < k; i++) {
            priorityQueue.offer(arr[i]);
        }
        //3.将较小的值放入大根堆
        for (int i = k; i < arr.length; i++) {
            if(arr[i] < priorityQueue.peek()) {
                priorityQueue.poll();
                priorityQueue.offer(arr[i]);
            }
        }
        //4.将前k个最小值放入数组
        for (int i = ret.length - 1; i >= 0; i--) {
            ret[i] = priorityQueue.poll();
        }
        return ret;
    }