数据结构 --- 【Map 和 Set】详解

本章目标

1. 掌握 Map/Set 及实际实现类 HashMap/TreeMap/HashSet/TreeSet 的使用
2. 掌握 TreeMap 和 TreeSet 背后的数据结构搜索树的原理和简单实现
3. 掌握 HashMap 和 HashSet 背后的数据结构哈希表的原理和简单实现

1.Map 和 Set 的概念

Map 和 Set 是一种专门用来进行搜索的关联式容器或者数据结构；

• 关联式容是用来存储数据的，与序列式容器不同的是，其里面存储的是结构的键值对，在数据检索时比序列式容器效率更高
• 键值对是用来表示具有一一对应关系的一种结构，该结构中一般只包含两个成员变量 key 和value，key 代表键值，value 表示与 key 对应的信息

而 Map 中存储的就是 key-value 的键值对，Set 中只存储了 Key。

2.Map 的使用 

关于 Map 的说明

• Map 是一个接口类，该类没有继承自 Collection，该类中存储的是结构的键值对，并且 K 一定是唯一的，不能重复；value 是可以重复的
• Map 是一个接口，不能直接实例化对象，如果要实例化对象只能实例化其实现类 TreeMap 或者 HashMap
• 在内部，Map 中的元素总是按照键值 key 进行比较排序的
• Map 支持下标访问符，即在 [ ] 中放入 key，就可以找到与 key 对应的 value
• Map 通常被实现为二叉搜索树(更准确的说：平衡二叉搜索树(红黑树))
• Map 中键值对的Key不能直接修改，value 可以修改，如果要修改 key，只能先将该 key 删除掉，然 后再来进行重新插入。

关于Map.Entry的说明

Map.Entry是 Map 内部实现的用来存放键值对映射关系的内部类，该内部类中主 要提供了的获取，value 的设置以及 Key 的比较方式。

方法	解释
getKey.()	返回 entry 中的 key
getValue.()	返回 entry 中的 value
setValue(V value)	将键值对中的value替换为指定value

注意：Map.Entry 并没有提供设置 Key 的方法

关于 Map 的常用方法说明

方法	解释
put(K key, V value)	设置 key 对应的 value
get(Object key)	返回 key 对应的 value
getOrDefault(Object key, V defaultValue)	返回 key 对应的 value，key 不存在，返回默认值
remove(Object key)	删除 key 对应的映射关系
containsKey(Object key)	判断是否包含 key
containsValue(Object value)	判断是否包含 value
Set keySet()	返回所有 key 的不重复集合
Collection values()	返回所有 value 的可重复集合
Set> entrySet()	返回所有的 key-value 映射关系

public class AboutMap {
    public static void main(String[] args) {
        // 书籍 -> 作者的映射关系
        Map map1 = new TreeMap<>();     // String 是 Comparable 的
        System.out.println(map1);
        System.out.println(map1.size());
        System.out.println(map1.isEmpty());

        System.out.println(map1.keySet());
        System.out.println(map1.values());
        System.out.println(map1.entrySet());

        // key 不存在时，就是插入操作

        System.out.println("==========================");
        System.out.println(map1.put("朝花夕拾", "鲁迅"));
        System.out.println(map1.put("论持久战", "毛泽东"));
        System.out.println(map1.put("子夜", "矛盾"));
        System.out.println(map1.put("战争与和平", "托尔斯泰"));

        System.out.println(map1);
        System.out.println(map1.size());
        System.out.println(map1.isEmpty());

        System.out.println(map1.keySet());
        System.out.println(map1.keySet().getClass().getName());
        System.out.println(map1.values());
        System.out.println(map1.entrySet());
    }
}

3.Set 的使用 

关于 Set 的说明

• Set 是继承自 Collection 的接口类，Set 中只存储了 key，并且要求 key 一定要唯一
• Set 的底层是使用 Map 来实现的，其使用 key 与 Object 的一个默认对象作为键值对插入到 Map 中的
• Set 最大的功能就是对集合中的元素进行去重
• Set 中不能插入 null 的 key

关于 Set 的常用方法说明

方法	解释
boolean add(E e)	添加元素，但重复元素不会被添加成功
void clear()	清空集合
boolean contains(Object o)	判断 o 是否在集合中
Iterator iterator()	返回迭代器
boolean remove(Object o)	删除集合中的 o
int size()	返回set中元素的个数
boolean isEmpty()	检测set是否为空，空返回true，否则返回false
Object[] toArray()	将set中的元素转换为数组返回
boolean containsAll(Collection c)	集合c中的元素是否在set中全部存在，是返回true，否则返回false
boolean addAll(Collection c)	将集合c中的元素添加到set中，可以达到去重的效果

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 现在只需要知道 HashSet 是 Set 接口的一个实现类即可
        Set set = new HashSet<>();

        System.out.println(set.add(1)); // true
        System.out.println(set.add(1)); // false，因为重复了
        System.out.println(set.add(11));    // true
        System.out.println(set.add(21));    // true
        System.out.println(set.add(31));    // true

        // 遍历 set，由于 Set 继承自 Collection，变相的继承自 Iterable
        // 支持 iterator() 方法
        // 使用迭代器遍历 set，但遍历顺序不是按照插入顺序，实际上什么顺序，现在不管
        Iterator it = set.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            System.out.println(it.next());
        }

        System.out.println(set.contains(1));    // true
        System.out.println(set.contains(3));    // false

        System.out.println(set);
        System.out.println(set.remove(1));  // 删除 1 这个元素  true
        System.out.println(set.remove(3));  // 删除 3 这个元素  false
        System.out.println(set);
    }
}