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Java™ 教程(List接口)

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List接口

List是一个有序的Collection(有时称为序列),列表可能包含重复元素,除了从Collection继承的操作之外,List接口还包括以下操作:

位置访问 — 根据列表中的数字位置操纵元素,这包括getsetaddaddAllremove等方法。

搜索 — 搜索列表中的指定对象并返回其数字位置,搜索方法包括indexOflastIndexOf

迭代 — 扩展Iterator语义以利用列表的顺序性,listIterator方法提供此行为。

范围视图 — sublist方法对列表执行任意范围操作。

Java平台包含两个通用的List实现,ArrayList,通常是性能更好的实现,而LinkedList在某些情况下提供更好的性能。

集合操作

假设你已经熟悉它们,那么从Collection继承的操作都可以完成你期望它们做的事情,如果你不熟悉Collection,现在是阅读Collection接口部分的好时机,remove操作始终从列表中删除指定元素的第一个匹配项,addaddAll操作始终将新元素附加到列表的末尾,因此,以下语法将一个列表连接到另一个列表。

list1.addAll(list2);

这是这个语法的非破坏性形式,它产生第三个List,其中包含附加到第一个列表的第二个列表。

List list3 = new ArrayList(list1);
list3.addAll(list2);

请注意,此语法在其非破坏性形式中利用了ArrayList的标准转换构造函数。

这是一个将一些名称聚合到List中的示例(JDK 8及更高版本):

List list = people.stream()
.map(Person::getName)
.collect(Collectors.toList());

与Set接口一样,List强化了对equalshashCode方法的需求,因此可以比较两个List对象的逻辑相等性,而不考虑它们的实现类,如果两个List对象包含相同顺序的相同元素,则它们是相等的。

位置访问和搜索操作

基础的位置访问操作是getsetaddremovesetremove操作返回被覆盖或删除的旧值),其他操作(indexOflastIndexOf)返回列表中指定元素的第一个或最后一个索引。

addAll操作从指定位置开始插入指定Collection的所有元素,元素按指定Collection的迭代器返回的顺序插入,此调用是CollectionaddAll操作的位置访问模拟。

这是在List中交换两个索引值的一个小方法。

public static  void swap(List a, int i, int j) {
    E tmp = a.get(i);
    a.set(i, a.get(j));
    a.set(j, tmp);
}

当然,有一个很大的区别,这是一个多态算法:它交换任何List中的两个元素,无论其实现类型如何,这是另一种使用前面swap方法的多态算法。

public static void shuffle(List list, Random rnd) {
    for (int i = list.size(); i > 1; i--)
        swap(list, i - 1, rnd.nextInt(i));
}

此算法包含在Java平台的Collections类中,使用指定的随机源随机置换指定的列表,这有点微妙:它从底部向上运行列表,反复将随机选择的元素交换到当前位置。不像大多数天真的洗牌尝试,这是公平的(假设一个公平的随机源,所有排列都有相同的可能性)和快速(需要完全list.size()-1交换),以下程序使用此算法以随机顺序打印其参数列表中的单词。

import java.util.*;

public class Shuffle {
    public static void main(String[] args) {
        List list = new ArrayList();
        for (String a : args)
            list.add(a);
        Collections.shuffle(list, new Random());
        System.out.println(list);
    }
}

事实上,这个程序可以更短、更快,Arrays类有一个名为asList的静态工厂方法,它允许将数组视为List,此方法不会复制数组,List中的更改会写入数组,反之亦然。生成的List不是通用List实现,因为它没有实现(可选)addremove操作:数组不可调整大小。利用Arrays.asList并调用shuffle的库版本(使用默认的随机源),你将得到以下微小程序,其行为与前一个程序相同。

import java.util.*;

public class Shuffle {
    public static void main(String[] args) {
        List list = Arrays.asList(args);
        Collections.shuffle(list);
        System.out.println(list);
    }
}
迭代器

正如你所期望的那样,Listiterator操作返回的Iterator以适当的顺序返回列表的元素,List还提供了一个更丰富的迭代器,称为ListIterator,它允许你在任一方向遍历列表、在迭代期间修改列表、并获取迭代器的当前位置。

ListIteratorIterator继承的三个方法(hasNextnextremove)在两个接口中完全相同,hasPreviousprevious操作和hasNextnext的很相似,前一个操作引用(隐式)游标之前的元素,而后者引用游标之后的元素,previous操作向后移动光标,而next向前移动光标。

这是在列表中向后迭代的标准语法。

for (ListIterator it = list.listIterator(list.size()); it.hasPrevious(); ) {
    Type t = it.previous();
    ...
}

请注意前面的语法中listIterator的参数,List接口有两种形式的listIterator方法,不带参数的形式返回位于列表开头的ListIterator,带有int参数的形式返回一个位于指定索引处的ListIterator。索引引用初始调用next返回的元素,对previous的初始调用将返回索引为index-1的元素,在长度为n的列表中,indexn+1个有效值,从0n(包括n)。

直观地说,游标总是在两个元素之间 — 一个将通过调用previous返回,一个将通过调用next返回。n+1个有效索引值对应于元素之间的n+1个间隙,从第一个元素之前的间隙到最后一个元素之后的间隙,下图显示了包含四个元素的列表中的五个可能的游标位置。

nextprevious的调用可以混合使用,但是必须小心一点,对previous的第一次调用返回与对next的最后一次调用相同的元素,类似地,在对previous进行一系列调用之后,对next的第一次调用与对previous的最后一次调用返回相同的元素。

nextIndex方法返回后续调用next返回的元素的索引,并且previousIndex返回后续调用previous返回的元素的索引,这些调用通常用于报告找到某些内容的位置或记录ListIterator的位置,以便可以创建具有相同位置的另一个ListIterator

同样也不足为奇的是,nextIndex返回的数字总是大于previousIndex返回的数字,这意味着两种边界情况的行为:(1)当光标位于初始元素之前时对previousIndex的调用返回-1,当光标位于最后一个元素之后时调用nextIndex返回list.size()。为了使所有这些具体化,以下是List.indexOf的可能实现。

public int indexOf(E e) {
    for (ListIterator it = listIterator(); it.hasNext(); )
        if (e == null ? it.next() == null : e.equals(it.next()))
            return it.previousIndex();
    // Element not found
    return -1;
}

请注意,indexOf方法返回it.previousIndex(),即使它正在向前遍历列表,原因是it.nextIndex()将返回我们要检查的元素的索引,并且我们想要返回刚检查的元素的索引。

Iterator接口提供remove操作以从Collection中删除next返回的最后一个元素,对于ListIterator,此操作将删除nextprevious返回的最后一个元素。ListIterator接口提供了两个额外的操作来修改列表 — setaddset方法用指定的元素覆盖nextprevious返回的最后一个元素,以下多态算法使用set将一个指定值的所有出现替换为另一个。

public static  void replace(List list, E val, E newVal) {
    for (ListIterator it = list.listIterator(); it.hasNext(); )
        if (val == null ? it.next() == null : val.equals(it.next()))
            it.set(newVal);
}

在这个例子中唯一的棘手是valit.next之间的相等性测试,你需要特殊情况下val值为null以防止NullPointerException

add方法在当前光标位置之前立即将新元素插入到列表中,此方法在以下多态算法中说明,以使用指定列表中包含的值序列替换指定值的所有出现。

public static  
    void replace(List list, E val, List newVals) {
    for (ListIterator it = list.listIterator(); it.hasNext(); ){
        if (val == null ? it.next() == null : val.equals(it.next())) {
            it.remove();
            for (E e : newVals)
                it.add(e);
        }
    }
}
范围视图操作

范围视图操作subList(int fromIndex,int toIndex)返回此列表部分的List视图,其索引范围从fromIndex(包括)到toIndex(不包括),这个半开放范围反映了典型的for循环。

for (int i = fromIndex; i < toIndex; i++) {
    ...
}

正如术语视图所暗示的那样,返回的List由调用了subListList进行备份,因此前者中的更改将反映在后者中。

此方法消除了对显式范围操作的需要(对于数组通常存在的排序),任何期望List的操作都可以通过传递subList视图而不是整个List来用作范围操作,例如,以下语句从List中删除了一系列元素。

list.subList(fromIndex, toIndex).clear();

可以构造类似的语句以搜索范围中的元素。

int i = list.subList(fromIndex, toIndex).indexOf(o);
int j = list.subList(fromIndex, toIndex).lastIndexOf(o);

请注意,前面的语句返回subList中找到的元素的索引,而不是支持列表中的索引。

List上操作的任何多态算法(例如replaceshuffle示例)都与subList返回的List一起使用。

这是一个多态算法,其实现使用subList来处理来自牌组的牌,也就是说,它返回一个新的List(“hand”),它包含从指定List(“deck”)末尾获取的指定数量的元素,手中返回的元素将从牌组中移除。

public static  List dealHand(List deck, int n) {
    int deckSize = deck.size();
    List handView = deck.subList(deckSize - n, deckSize);
    List hand = new ArrayList(handView);
    handView.clear();
    return hand;
}

请注意,此算法将牌从牌组末端移除,对于许多常见的List实现,例如ArrayList,从列表末尾删除元素的性能明显优于从头开始删除元素的性能。

以下是一个程序,它将dealHand方法与Collections.shuffle结合使用,从正常的52张卡牌中生成牌局,该程序采用两个命令行参数:(1)手牌数(2)每手牌数。

import java.util.*;

public class Deal {
    public static void main(String[] args) {
        if (args.length < 2) {
            System.out.println("Usage: Deal hands cards");
            return;
        }
        int numHands = Integer.parseInt(args[0]);
        int cardsPerHand = Integer.parseInt(args[1]);
    
        // Make a normal 52-card deck.
        String[] suit = new String[] {
            "spades", "hearts", 
            "diamonds", "clubs" 
        };
        String[] rank = new String[] {
            "ace", "2", "3", "4",
            "5", "6", "7", "8", "9", "10", 
            "jack", "queen", "king" 
        };

        List deck = new ArrayList();
        for (int i = 0; i < suit.length; i++)
            for (int j = 0; j < rank.length; j++)
                deck.add(rank[j] + " of " + suit[i]);
    
        // Shuffle the deck.
        Collections.shuffle(deck);
    
        if (numHands * cardsPerHand > deck.size()) {
            System.out.println("Not enough cards.");
            return;
        }
    
        for (int i = 0; i < numHands; i++)
            System.out.println(dealHand(deck, cardsPerHand));
    }
  
    public static  List dealHand(List deck, int n) {
        int deckSize = deck.size();
        List handView = deck.subList(deckSize - n, deckSize);
        List hand = new ArrayList(handView);
        handView.clear();
        return hand;
    }
}

运行程序会产生如下输出。

% java Deal 4 5

[8 of hearts, jack of spades, 3 of spades, 4 of spades,
    king of diamonds]
[4 of diamonds, ace of clubs, 6 of clubs, jack of hearts,
    queen of hearts]
[7 of spades, 5 of spades, 2 of diamonds, queen of diamonds,
    9 of clubs]
[8 of spades, 6 of diamonds, ace of spades, 3 of hearts,
    ace of hearts]

尽管subList操作非常强大,但在使用它时必须小心,如果以通过返回的List之外的任何方式向支持List添加或删除元素,则subList返回的List的语义将变为undefined。因此,强烈建议你仅将subList返回的List用作临时对象 — 在支持List上执行一个或一系列范围操作,使用subList实例的时间越长,通过直接修改支持List或通过另一个subList对象来破坏它的可能性就越大,请注意,修改子列表的子列表并继续使用原始子列表(尽管不是并发)是合法的。

List算法

Collections类中的大多数多态算法专门应用于List,拥有所有这些算法可以很容易地操作列表,以下是这些算法的摘要,这些算法在“算法”部分中有更详细的描述。

sort — 使用合并排序算法对List进行排序,该算法提供快速、稳定的排序(稳定排序是不重新排序相同元素的排序)。

shuffle — 随机置换List中的元素。

reverse — 反转List中元素的顺序。

rotate — 将List中的所有元素旋转指定的距离。

swap — 交换列表中指定位置的元素。

replaceAll — 将所有出现的一个指定值替换为另一个。

fill — 用指定的值覆盖List中的每个元素。

copy — 将源列表复制到目标列表。

binarySearch — 使用二进制搜索算法搜索有序List中的元素。

indexOfSubList — 返回一个List的第一个子列表的索引,该列表等于另一个。

lastIndexOfSubList — 返回一个List的最后一个子列表的索引,该列表等于另一个。

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