Java——（四）Collection之Set集合TreeSet类

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TreeSet类

　　TreeSet是SortedSet接口的实现类，正如SortedSet名字所暗示的，TreeSet可以确保集合

元素处于排序状态。与HashSet集合相比，TreeSet还提供了如下几个额外的方法。

1）Comparator comparator():

2)Object first():

3)Object last():

4)Object lower(Object o):

5)Object higher(Object 0):

6)SortedSet subSet(fromElemnet, toElement):

7)SortedSet headSet(toElement):返回此Set的子集，由小于toElement的元素组成。

8)SortedSet tailSet(fromElement):返回此Set的子集，由大于或等于fromElement的元素组成。

 

下面出现测试了TreeSet的通用用法：

 1 import java.util.TreeSet;

 2 

 3 

 4 public class TreeSetTest {

 5 

 6     public static void main(String[] args) {

 7         

 8         TreeSet numsSet = new TreeSet<>();

 9         //向TreeSet中添加四个Integer对象

10         numsSet.add(5);

11         numsSet.add(2);

12         numsSet.add(10);

13         numsSet.add(-2);

14         //输出集合元素，看到集合元素已经处于排序状态

15         System.out.println(numsSet);

16         //输出集合里的第一个元素

17         System.out.println(numsSet.first());

18         //输出集合里的最后一个元素

19         System.out.println(numsSet.last());

20         //返回小于4的子集，不包含4

21         System.out.println(numsSet.headSet(4));

22         //返回大于5的子集，如果、set中包含5，子集中也包含5

23         System.out.println(numsSet.tailSet(5));

24         //返回大于等于-3、小于4的子集

25         System.out.println(numsSet.subSet(-3, 4));

26     }

27 

28 }

运行结果：

[-2, 2, 5, 10]

-2

10

[-2, 2]

[5, 10]

[-2, 2]

　　与HashSet集合采用hash算法来决定因素的存储位置不同，TreeSet采用红黑树的数据结构

来存储集合元素。TreeSet支持两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下采用自然排序。

1.自然排序

　　TreeSet会调用集合元素的Comparable接口中的compareTo(Object obj)方法来比较元素

之间的大小关系，然后将集合元素按升序排列。当一个对象调用该方法与另一个对象进行比较时，

例如obj1.compareTo(obj2)，如果该方法返回0，则表明这两个对象相等；如果该方法返回一个

正数，则表明obj1大于obj2；如果该方法返回一个负数，则表明obj1小于obj2.

下面是实现了Comparable接口的常用类：

BigDecimal、BigInteger以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较。

• Character：按字符的UNICODE值进行比较。
• Boolean：true对应的包装类实例大于false对应的包装类实例。
• String：按字符串中的字符UNICODE值进行比较。
• Date、Time：后面的时间、日期比前面的时间、日期大。

　　如果试图把一个对象添加到TreeSet时，则该对象的类必须实现Comparable接口，否则则程

序将会抛出异常。下面程序师范了这个错误。

 1 import java.util.TreeSet;

 2 

 3 class Err{

 4     

 5 }

 6 

 7 public class TreeSetErrorTest {

 8 

 9     public static void main(String[] args) {

10 

11         TreeSet tSet =new TreeSet<>();

12         //向TreeSet集合中添加两个Err对象

13         tSet.add(new Err());

14         tSet.add(new Err());

15     }

16 

17 }

运行结果：

1 Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: Err cannot be cast to java.lang.Comparable

2     at java.util.TreeMap.compare(Unknown Source)

3     at java.util.TreeMap.put(Unknown Source)

4     at java.util.TreeSet.add(Unknown Source)

5     at TreeSetErrorTest.main(TreeSetErrorTest.java:13)

　　上面程序试图向TreeSet集合中添加两个Err对象，添加第一个对象时，TreeSet里没有任何

因素，所以不会出现任何问题；当添加第二个Err对象时，TreeSet就会调用该对象的

ComparaTo(Object obj)方法与集合中的其他因素进行比较——如果其对应的类没有实现

Comparable接口则会引发ClassCastException异常。因此。上面程序将会在添加第二个对象的

时候引发该异常。当试图从TreeSet中取出因素时，由于第一个元素没有实现Comparable接口，

因此也会引发ClassCastException异常。

　　大部分类在实现compareTo(Object obj)方法时，都需要将比较对象obj强制转换成相同类型

，因为只有相同类型的两个实例次啊会比较大小。当试图把一个对象添加到TreeSet集合时，

TreeSet会调用该对象的compareTo(Object obj)方法与集合中的其他因素进行比较——这就是要

求集合中的其他因素与该因素时同一个类的实例。也就是说，向TreeSet中添加的应该是同一个类

的对象，否则也会引发ClassCastException异常。

下面程序示范了这个错误。

 1 import java.util.Date;

 2 import java.util.TreeSet;

 3 

 4 

 5 public class TreeSetErrorTest2 {

 6 

 7     public static void main(String[] args) {

 8 

 9         TreeSet tSet = new TreeSet<>();

10         tSet.add(new String("黑马程序员"));

11         tSet.add(new Date());

12     }

13 

14 }

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.String cannot be cast to java.util.Date

    at java.util.Date.compareTo(Unknown Source)

    at java.util.TreeMap.put(Unknown Source)

    at java.util.TreeSet.add(Unknown Source)

    at TreeSetErrorTest2.main(TreeSetErrorTest2.java:11)

上面程序先向TreeSet集合中添加了一个字符串对象，这个操作完全正确。当添加第二个Date对

象时，TreeSet就会调用该对象的compareTo(Object obj)方法与集合中的其他因素进行比较

——Date对象的compareTo(Object obj)方法无法与字符串对象比较大小，所以上面程序将在

添加Date对象时引发异常。

　　如果是向TreeSet中添加的对象是程序员自定义类的对象，则可以向TreeSet中添加多种类型

的对象，前提是用户自定义类实现了Comparable接口，实现该接口实现的compareTo(Object obj)

方法没有进行强制类型转换。但当试图取出TreeSet里的集合数据时，不同类型的元素依然会发生

ClassCastException异常。

　　当把一个对象加入TreeSet集合中时，TreeSet调用该对象的compareTo(Object obj)方法与

容器中的其他对象比较大小，然后根据红黑树结构找到它的存储位置。如果两个对象通过

compareTo(Object obj)方法比较相等，新对象将无法添加到TreeSet集合中。他判断两个对象是否

相等的唯一标准是：两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较是否返回0——如果通过

compareTo(Object obj)方法比较返回0，TreeSet则会认为它们相等；否则就认为它们不相等。

示例：

 1 import java.util.TreeSet;

 2 

 3 

 4 class Z implements Comparable{

 5     int age;

 6     public Z(int age){

 7         this.age = age;

 8     }

 9     //重写equals()方法

10     @Override

11     public boolean equals(Object obj) {

12 

13         return true;

14     }

15     @Override

16     public int compareTo(Object obj) {

17 

18         return 1;

19     }

20 }

21 public class TreeSetTest2 {

22 

23     public static void main(String[] args) {

24 

25         TreeSet set = new TreeSet<>();

26         Z z1 = new Z(6);

27         set.add(z1);

28         //输出true，表明添加成功

29         System.out.println(set.add(z1));

30         //输出set集合，将看到有两个变量

31         System.out.println(set);

32         //修改set集合的第一个元素的age变量

33         ((Z)(set.first())).age = 9;

34         //输出set集合的最后一个元素的age变量，将看到也变成了9

35         System.out.println(((Z)(set.first())).age);

36     }

37 

38 }

运行结果：

true

[Z@717e5fde, Z@717e5fde]

9

　　程序中把同一对象再次添加到TreeSet集合中，因为z1对象的compareTo(Object obj)方法

总是返回1，虽然它的equals()方法总是返回true，但TreeSet会认为z1对象和它自己也不相等，

因此TreeSet可以添加两个z1对象。下图显示了TreeSet及Z对象在内存中的存储示意图。

从图中可以看到TreeSet对象保存的两个对象，实际上是同一元素。

如果把重写的compareTo(Object obj)方法中的返回值改为1，则运行结果如下：

false

[Z@39fc0f04]

9

如果向TreeSet中添加一个可变对象后，并且后面程序修改了该可变对象的Field，这将导致它与

其他对象的大小顺序发生了改变，但TreeSet不会再次调整它们的顺序，甚至可能导致TreeSet

中保存的这两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较返回0.下面程序演示了这种情况。

 1 import java.util.TreeSet;

 2 

 3 class M implements Comparable {

 4 

 5     int count;

 6 

 7     public M(int count) {

 8         this.count = count;

 9     }

10 

11     @Override

12     public String toString() {

13 

14         return "M[count:" + count + "]";

15     }

16     @Override

17     public boolean equals(Object obj) {

18 

19         if (this == obj) {

20             return true;

21         }

22         if (obj != null && obj.getClass() == M.class) {

23             M m = (M)obj;

24             if (m.count == this.count) {

25                 return true;

26             }

27         }

28         return false;

29     }

30     //重写compareTo()方法，根据count来比较大小

31     @Override

32     public int compareTo(Object obj) {

33 

34         M m = (M) obj;

35         return count > m.count ? 1 : count < m.count ? -1 : 0;

36     }

37 

38 }

39 

40 public class TreeSetTest3 {

41 

42     public static void main(String[] args) {

43 

44         TreeSet tsSet = new TreeSet<>();

45         tsSet.add(new M(5));

46         tsSet.add(new M(-3));

47         tsSet.add(new M(9));

48         tsSet.add(new M(-2));

49         //打印TreeSet集合，集合元素是有序排列的

50         System.out.println(tsSet);

51         //取出第一个元素的count值

52         M firstM = (M)tsSet.first();

53         //对第一个元素赋值

54         firstM.count = 20;

55         //取出最后一个元素

56         M lastM = (M)tsSet.last();

57         //对最后一个元素的count值赋值，与第二个元素的count值相同

58         lastM.count = -2;

59         //输出可以看到TreeSet集合里的元素处于无序状态，且有重复元素

60         System.out.println(tsSet);

61         //删除Field被改变的元素，删除失败

62         System.out.println(tsSet.remove(new M(-2)));

63         System.out.println(tsSet);

64         //删除field没有改变的元素，删除成功

65         System.out.println(tsSet.remove(new M(5)));

66         System.out.println(tsSet);

67     }

68 

69 }

 

运行结果：

[M[count:-3], M[count:-2], M[count:5], M[count:9]]

[M[count:20], M[count:-2], M[count:5], M[count:-2]]

false

[M[count:20], M[count:-2], M[count:5], M[count:-2]]

true

[M[count:20], M[count:-2], M[count:-2]]

 

     上面程序中的M对象对应的类正常重写了equals()方法和compareTo()方法，这两个方法都以M

对象的count实例变量作为判断的依据。当改变TreeSet集合了可变元素的Field，再试图删除该对

象时，TreeSet会删除失败，所以删除count为-2的M对象时，没有元素被删除；当删除count为5

的M对象时，可以看到元素被删除，这表明TreeSet可以删除没有被修改的Field，且不与其他被修

改Field的对象重复的对象。

 

2.定制排序

　　TreeSet的自然排序是根据集合元素的大小，TreeSet将它们一升序排序。如果需要实现定制

排序，例如以降序排列，则可以通过Comparator接口的帮助。该接口里包含了一个int compare

(T o1, T o2)方法，该方法用于比较o1和o2的大小：如果该方法返回正整数，则表明o1大于o2；

如果该方法返回0，则表明o1等于o2；如果该方法返回负整数，则表明o1小于o2。

　　实现定制排序，则需要在创建TreeSet集合对象时，提供一个Comparator对象与该TreeSet

集合关联，由该Comparator对象负责集合元素的排序。

 1 import java.util.Comparator;

 2 import java.util.TreeSet;

 3 

 4 class C {

 5     int age;

 6 

 7     public C(int age) {

 8         this.age = age;

 9     }

10 

11     @Override

12     public String toString() {

13 

14         return "C[age:" + age + "]";

15     }

16 }

17 

18 public class TreeSetTest4 {

19 

20     public static void main(String[] args) {

21 

22         TreeSet tSet = new TreeSet<>(new Comparator() {

23             @Override

24             public int compare(Object o1, Object o2) {

25                 C c1 = (C) o1;

26                 C c2 = (C) o2;

27                 return c1.age > c2.age ? -1 : c1.age < c2.age ? 1 : 0;

28             }

29         });

30         tSet.add(new C(5));

31         tSet.add(new C(-3));

32         tSet.add(new C(9));

33         System.out.println(tSet);

34     }

35 

36 }

运行结果：

[C[age:9], C[age:5], C[age:-3]]