《面向?qū)ο蟪绦蛟O計》教案第25講教學對象計算機科學技術專業(yè)授課內(nèi)容10.1泛型10.2集合框架10.3List接口及實現(xiàn)類課程標準教學目標（一）知識目標1.了解泛型的概念2.掌握泛型的定義和使用3.了解集合框架4.掌握List接口及實現(xiàn)類（二）能力目標1.能夠?qū)W會泛型類的定義和使用2.熟練掌握ArrayList的基本操作，能夠熟練使用List集合解決問題教學方法采用講授法、演示法、討論法、案例教學。學時及分配（第1學時50分鐘）課堂講授30分鐘課堂練習20分鐘10.1泛型10.2集合框架學時及分配（第2學時50分鐘）課堂講授20分鐘課堂練習30分鐘10.3List接口及實現(xiàn)類知識點分析重點：泛型類型的定義和使用ArrayList的基本操作難點：泛型接口及泛型方法集合的體系結(jié)構(gòu)、迭代器教學過程設計內(nèi)容方式問題導入回顧一下，我們在前邊課程中定義了一個整數(shù)棧類IntStack，該類使用Integer作為棧的元素，這就限制了該類只能對Integer元素操作。如果要使這個棧類更具有通用性，我們可以使用Object作為棧的元素，因為Object類是所有類的超類，所以Object可以引用任何對象類型。然而，這種做法無法提供類型的安全性，在進行類型轉(zhuǎn)換時可能發(fā)生類型不匹配異常。使用泛型就可以提高類型安全性，因為，它可以使類型轉(zhuǎn)換自動地、隱式地進行。所謂泛型（generics）就是帶一個或多個類型參數(shù)（typeparameter）的類或接口。對于上述討論的對象棧，可以使用泛型定義。內(nèi)容要點10.1.1泛型類泛型是帶一個或多個類型參數(shù)的類或接口。【程序10-1】定義一個泛型Node類表示節(jié)點，類型參數(shù)T表示節(jié)點中存放的值。Node.javapackagecom.boda.xy;publicclassNode<T>{privateTdata;//泛型成員publicNode(){}//默認構(gòu)造方法publicNode(Tdata){//帶參數(shù)構(gòu)造方法this.data=data;}publicTgetData(){//訪問方法定義 returndata;}publicvoidsetData(Tdata){//修改方法定義 this.data=data;}//顯示類型名publicvoidshowType(){ System.out.println("T的類型是："+data.getClass().getName());}}泛型類型的使用與方法調(diào)用類似，方法調(diào)用需向方法傳遞參數(shù)，使用泛型需傳遞一個類型參數(shù)，即用某個具體的類型替換T。例如，如果要在Node對象中存放Integer對象，就需要在創(chuàng)建Node對象時為其傳遞Integer類型參數(shù)。要實例化泛型類對象，也使用new運算符，但在類名后面需加上要傳遞的具體類型。varintNode=newNode<Integer>();一旦創(chuàng)建了intNode對象，就可以調(diào)用setData()方法設置其中的Integer對象，調(diào)用getData()方法返回其中的Integer對象，如下代碼所示?！境绦?0-2】NodeTest.javapackagecom.boda.xy;publicclassNodeTest{publicstaticvoidmain(String[]args){varintNode=newNode<Integer>();不需要強制類型轉(zhuǎn)換intNode.setData(999);不需要強制類型轉(zhuǎn)換varvalue=intNode.getData();System.out.println(value);intNode.showType();}}按照約定，類型參數(shù)名使用單個大寫字母表示。常用的類型參數(shù)名有：E表示元素，K表示鍵，N表示數(shù)字，T表示類型，V表示值等。10.1.2泛型接口還可以定義泛型接口。泛型可能具有多個類型參數(shù)，但在類或接口的聲明中，每個參數(shù)名必須是唯一的?！境绦?0-3】定義了帶兩個參數(shù)的泛型接口Entry?！境绦?0-4】定義了實現(xiàn)Entry接口的泛型類Pair。下面語句創(chuàng)建兩個Pair類實例：varp1=newPair<Integer,String>(20,"twenty");varp2=newPair<String,String>("china","Beijing");10.1.3泛型方法泛型方法（genericmethod）是帶類型參數(shù)的方法。類的成員方法和構(gòu)造方法都可以定義為泛型方法。泛型方法的定義與泛型類型的定義類似，但類型參數(shù)的作用域僅限于聲明的方法和構(gòu)造方法內(nèi)。泛型方法可以定義為靜態(tài)的和非靜態(tài)的?！境绦?0-5】泛型方法的定義和使用。MathUtil.java參見教材。10.1.4通配符（?）的使用泛型類型本身是一個Java類型，為泛型類型傳遞不同的類型參數(shù)會產(chǎn)生不同的類型。例如：List<Object>list1=newArrayList<Object>();List<String>list2=newArrayList<String>();List<String>并不是List<Object>的子類型。因此，把一個List<String>對象傳遞給一個需要List<Object>對象的方法，將會產(chǎn)生一個編譯錯誤。請看下面代碼。publicstaticvoidprintList(List<Object>list){for(Objectelement:list){System.out.println(element);}}如果傳遞給該方法一個List<String>對象，將發(fā)生編譯錯誤。如果要使上述方法可打印任何類型的列表，可將其參數(shù)類型修改為List<?>，如下所示：publicstaticvoidprintList(List<?>list){for(Objectelement:list){System.out.println(element);}}這里，問號（?）就是通配符，它表示該方法可接受任何類型的List對象?！境绦?0-6】WildCardDemo.java10.1.5方法中有界參數(shù)有時需要限制傳遞給類型參數(shù)的類型種類，例如，要求一個方法只接受Number類或其子類的實例，這就需要使用有界類型參數(shù)（boundedtypeparameter）。有界類型分為上界和下界，上界用extends指定，下界用super指定。例如，要聲明上界類型參數(shù)，應使用問號（？），后跟extends關鍵字，然后是上界類型。這里，extends具有一般的意義，對類表示擴展（extends），對接口表示實現(xiàn)（implements）。假如要定義一個getAverage()方法，它返回一個列表中所有數(shù)字的平均值，我們希望該方法能夠處理Integer列表、Double列表等各種數(shù)字列表。但是，如果把List<Number>作為getAverage()方法的參數(shù)，它將不能處理List<Integer>列表或List<Double>列表。為了使該方法更具有通用性，可以限定傳遞給該方法的參數(shù)是Number對象或其子類對象的列表，這里Number類型就是列表中元素類型的上界（upperbound）。下面案例的getAverage()方法就是這樣的參數(shù)?！境绦?0-7】BoundedTypeDemo.java10.2集合框架集合是指集中存放一組對象的一個對象。集合相當于一個容器，它提供了保存、獲取和操作其他元素的方法。集合能夠幫助Java程序員輕松地管理對象。Java集合框架由兩種類型構(gòu)成，一個是Collection，另一個是Map。Collection對象用于存放一組對象，Map對象用于存放一組“關鍵字/值”的對象。Collection和Map是最基本的接口，它們又有子接口，這些接口的層次關系如圖12-5所示。10.3List接口及實現(xiàn)類List接口實現(xiàn)一種線性表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。存放在

List中的所有元素都有一個下標（從0開始），可以通過下標訪問List中的元素。List中可以包含重復元素。List接口的實現(xiàn)類包括ArrayList、LinkedList、Vector和Stack。10.3.1List的操作List接口除繼承Collection的方法外，還定義了一些自己的方法。使用這些方法可以實現(xiàn)定位訪問、查找、迭代和返回子線性表。booleanadd(Objecte)：將指定元素插入到列表末尾。voidadd(intindex,Eelement)：將指定元素插入到指定下標處。Eget(intindex)：返回指定下標處的元素。Eset(intindex,Eelement)：修改指定下標處的元素。Eremove(intindex)：刪除指定下標處的元素booleanaddAll(intindex,Collection<?extendsE>c)：在指定下標處插入集合c中的全部元素。intindexOf(Objecto)：查找指定對象第一次出現(xiàn)的位置。intlastIndexOf(Objecto)：查找指定對象最后一次出現(xiàn)的位置。List<E>subList(intfrom,intto)：返回從from到to元素的一個子線性表。10.3.2ArrayList類ArrayList是最常用的列表實現(xiàn)類，它通過數(shù)組實現(xiàn)的集合對象。ArrayList類實際上實現(xiàn)了一個變長的對象數(shù)組，其元素可以動態(tài)地增加和刪除。它的定位訪問時間是常量時間。ArrayList的構(gòu)造方法如下：ArrayList()：創(chuàng)建一個空的數(shù)組列表對象，默認初始容量是10。初始容量指的是列表可以存放多少元素。當列表填滿而又需要添加更多元素時，列表大小會自動增大。ArrayList(Collectionc)：用集合c中的元素創(chuàng)建一個數(shù)組列表對象。ArrayList(intinitialCapacity)：創(chuàng)建一個空的數(shù)組列表對象，并指定初始容量。下列代碼創(chuàng)建一個ArrayList對象向其中插入幾個元素，并使用ArrayList的有關方法對它操作。varbigCities=newArrayList<String>();bigCities.add("北京");bigCities.add("上海");bigCities.add("廣州");System.out.println(bigCities.size());bigCities.add(2,"倫敦");//插入元素bigCities.set(2,"紐約");//修改元素System.out.println(bigCities.contains("北京"));System.out.println(bigCities);System.out.println(bigCities.indexOf("巴黎"));10.3.3遍歷集合元素在使用集合時，遍歷集合元素是最常見的任務。遍歷集合中的元素有多種方法：用簡單的for循環(huán)、用增強的for循環(huán)和用Iterator迭代器對象。1.使用簡單的for循環(huán)使用簡單的for循環(huán)可以遍歷集合中的每個元素。for(vari=0;i<bigCities.size();i++){System.out.print(bigCities.get(i)+"");}2.使用增強的for循環(huán)使用增強的for循環(huán)不但可以遍歷數(shù)組的每個元素，還可以遍歷集合中的每個元素。下面的代碼打印集合的每個元素：for(varcity:bigCities)System.out.println(city);上述代碼的含義是：將集合bigCities中的每個對象存儲到city變量中，然后打印輸出。使用這種方法只能按順序訪問集合中的元素，不能修改和刪除集合元素。3.使用迭代器迭代器是一個可以遍歷集合中每個元素的對象。調(diào)用集合對象的iterator()方法可以得到Iterator對象，再調(diào)用Iterator對象的方法就可以遍歷集合中的每個元素。Iterator接口定義了如下3個方法。booleanhasNext()：返回迭代器中是否還有對象。Enext()：返回迭代器中下一個對象。voidremove()：刪除迭代器中的當前對象。Iterator使用一個內(nèi)部指針，開始它指向第一個元素的前面。如果在指針的后面還有元素，hasNext()方法返回true。調(diào)用next()方法，指針將移到下一個元素，并返回該元素。remove()方法將刪除指針所指的元素。假設myList是ArrayList的一個對象，要訪問myList中的每個元素，可以按下列方法實現(xiàn)：Iteratoriterator=myList.iterator();//得到迭代器對象while(iterator.hasNext()){System.out.println(iterator.next());}使用Iterator也可以用for循環(huán)訪問集合元素。for(variterator=myList.iterator();iterator.hasNext();){System.out.println(iterator.next());}【程序10-8】ListDemo.java10.3.4數(shù)組轉(zhuǎn)換為List對象java.util.Arrays類提供了一個asList()方法，它將數(shù)組轉(zhuǎn)換成List對象：publicstatic<T>List<T>asList(T…a)該方法提供了一個方便的從多個元素創(chuàng)建List對象的途徑，它的功能與Collection接口的toArray()方法相反。varstr=newString[]{"one","two","three","four"};varlist=Arrays.asList(str);//將數(shù)組轉(zhuǎn)換為列表System.out.println(list);也可以將數(shù)組元素直接作為asList()方法的參數(shù)寫在括號中，例如：varlist=Arrays.asList("one","two","three","four");數(shù)組元素還可以使用基本數(shù)據(jù)類型，如果使用基本數(shù)據(jù)類型，則轉(zhuǎn)換成List對象元素時進行了自動裝箱操作。在Java9中，如果希望使用幾個元素創(chuàng)建一個集合，可以使用集合的工廠方法，從而可以避免調(diào)用add()方法。varints=Set.of(1,2,3);varstrList=List.of("first","second");注意，使用Arrays.asList()方法和集合的of()工廠方法返回的集合對象是不可變的，因此創(chuàng)建后再進行填加、刪除等操作，將拋出UnsupportedOperationException異常。如果要實現(xiàn)對集合對象的操作，可以將其作為一個參數(shù)傳遞給另一個List的構(gòu)造方法，如下所示。List<String>list=newArrayList<>(Arrays.asList(str));采用機房授課邊講邊練，同時用啟發(fā)式、討論式、案例教學等教學方法。布置課外學習任務教材課后編程題：1，2教學反思《面向?qū)ο蟪绦蛟O計》教案第26講教學對象計算機科學技術專業(yè)授課內(nèi)容10.4Set接口及實現(xiàn)類10.5Queue接口及實現(xiàn)類10.6案例學習——用集合存儲、遍歷員工記錄課程標準教學目標（一）知識目標1.掌握Set接口及實現(xiàn)類的定義和使用2.掌握Queue接口及實現(xiàn)類的定義和使用（二）能力目標1.熟練掌握HashSet和TreeSet集合的基本操作，能夠熟練使用Set集合解決實際問題2.熟練掌握Queue接口的基本操作，能夠熟練使用LinkedList解決實際問題教學方法采用講授法、演示法、討論法、案例教學。學時及分配（第1學時50分鐘）課堂講授30分鐘課堂練習20分鐘10.4Set接口及實現(xiàn)類學時及分配（第2學時50分鐘）課堂講授20分鐘課堂練習30分鐘10.5Queue接口及實現(xiàn)類10.6案例學習——用集合存儲、遍歷員工記錄知識點分析重點：HashSet和TreeSet集合的基本操作ArrayDeque類和LinkedList類的使用難點：自定義比較器教學過程設計內(nèi)容方式問題導入在Connection接口中，有兩個重要接口List和Set，上節(jié)課已經(jīng)講解了List接口及其實現(xiàn)類的使用，本節(jié)課將繼續(xù)講解Connection接口的另一個子接口Set接口及其實現(xiàn)類的使用。內(nèi)容要點10.4Set接口及實現(xiàn)類Set接口對象類似于數(shù)學上的集合概念，其中不允許有重復的元素。Set接口沒有定義新的方法，只包含從Collection接口繼承的方法。Set接口的常用實現(xiàn)類有：HashSet類、TreeSet類和LinkedHashSet類。10.4.1HashSet類HashSet類用散列方法存儲元素，具有最好的存取性能，但元素沒有順序。HashSet類的構(gòu)造方法有：HashSet()：創(chuàng)建一個空的散列集合，該集合的默認初始容量是16，默認裝填因子（loadfactor）是0.75。裝填因子決定何時對散列表進行再散列。例如，如果裝填因子為0.75（默認值），而表中超過75%的位置已經(jīng)填入元素，這個表就會用雙倍的桶數(shù)自動地進行再散列。對于大多數(shù)應用程序來說，裝填因子為75%是比較合理的。HashSet(Collectionc)：用指定的集合c的元素創(chuàng)建一個散列集合。HashSet(intinitialCapacity)：創(chuàng)建一個散列集合，并指定集合的初始容量。下面代碼演示了HashSet的使用。varwords=newHashSet<>();words.add("one");words.add("two");words.add("three");words.add("four");words.add("one");//不能將重復的元素添加到集合中for(varw:words)System.out.print(w+"");//fouronetwothree從結(jié)果可以看到，在向Set對象中添加元素時，重復的元素不能添加到集合中。另外，由于程序中使用的實現(xiàn)類為HashSet，它并不保證集合中元素的順序。10.4.2TreeSet類TreeSet實現(xiàn)一種樹集合，它使用紅-黑樹為元素排序，添加到TreeSet中的元素必須是可比較的，即元素的類必須實現(xiàn)Comparable<T>接口。它的操作要比HashSet慢。TreeSet類的默認構(gòu)造方法創(chuàng)建一個空的樹集合，其他構(gòu)造方法如下。TreeSet(Collectionc)：用指定集合c中的元素創(chuàng)建一個新的樹集合，集合中的元素按自然順序排序。TreeSet(Comparatorc)：創(chuàng)建一個空的樹集合，元素的排序規(guī)則按給定的比較器c的規(guī)則排序?！境绦?0-9】TreeSetDemo.java10.4.3對象順序創(chuàng)建TreeSet類對象時如果沒有指定比較器對象，集合中的元素按自然順序排列。所謂自然順序（naturalorder）是指集合對象實現(xiàn)了Comparable<T>接口的compareTo()方法，對象則根據(jù)該方法排序。如果試圖對沒有實現(xiàn)Comparable<T>接口的集合元素排序，將拋出ClassCastException異常。另一種排序方法是創(chuàng)建TreeSet對象時指定一個比較器對象，這樣，元素將按比較器的規(guī)則排序。如果需要指定新的比較規(guī)則，可以定義一個類實現(xiàn)Comparator<T>接口，然后為集合提供一個新的比較器。字符串的默認比較規(guī)則是按字母順序比較。假如按反順序比較，可以定義一個類實現(xiàn)Comparator<T>接口，然后用該類對象作為比較器。【程序10-10】實現(xiàn)字符串的降序排序DescSortDemo.java10.5Queue接口及實現(xiàn)類Queue接口是Collection的子接口，它是以先進先出（First-In-First-Out，F(xiàn)IFO）的方式排列其元素，稱為隊列(queue)。Queue接口的子接口Deque實現(xiàn)雙端隊列，ArrayDeque和LinkedList是它的兩個實現(xiàn)類。10.5.1Queue接口和Deque接口Queue接口除了提供Collection的操作外，還提供了插入、刪除和檢查操作。Queue接口的常用方法如下：booleanadd(Ee)：將指定的元素e插入到隊列中。Eremove()：返回隊列頭元素，同時將其刪除。Eelement()：返回隊列頭元素，但不將其刪除。Deque接口實現(xiàn)雙端隊列，它支持從兩端插入和刪除元素。Deque接口中定義的基本操作方法，如表10-1所示。表10-1Deque接口常用方法操作類型隊首元素操作隊尾元素操作插入元素addFirst(e)addLast(e)offerFirst(e)offerLast(e)刪除元素removeFirst()removeLast()pollFirstpollLast()返回元素getFirst()getLast()peekFirst()peekLast()10.5.2ArrayDeque類和LinkedList類Deque的常用實現(xiàn)類包括ArrayDeque類和LinkedList類，前者是可變數(shù)組的實現(xiàn)，后者是線性表的實現(xiàn)。LinkedList類比ArrayDeque類更靈活，它實現(xiàn)了線性表的所有操作，其中可以存儲null元素，但ArrayDeque對象不能存儲null?？梢允褂迷鰪姷膄or循環(huán)和迭代器訪問Deque的元素。varaDeque=newArrayDeque<String>();…for(varstr:aDeque){System.out.println(str);}使用迭代器訪問Deque元素代碼如下：varaDeque=newArrayDeque<String>();…for(variter=aDeque.iterator();iter.hasNext();){System.out.println(iter.next());}【程序10-11】演示了ArrayDeque類的使用DequeDemo.java隊列的實現(xiàn)類一般不允許插入null元素，但LinkedList類是它允許null元素。如果需要經(jīng)常在線性表的頭部添加元素或在內(nèi)部刪除元素，就應該使用LinkedList。這些操作在LinkedList中是常量時間，在ArrayList中是線性時間。而對定位訪問LinkedList是線性時間，ArrayList是常量時間。LinkedList的構(gòu)造方法如下：LinkedList()：創(chuàng)建一個空的鏈表。LinkedList(Collecti