【深入理解Java集合框架】Java Collections Framework概覽
作者：CarpenterLee（轉載已獲得作者許可，如需轉載請與原作者聯絡）
概覽
容器，就是可以容納其他Java物件的物件。
Java Collections Framework（JCF）
為Java開發者提供了通用的容器，其始於JDK 1。2，優點是：
降低程式設計難度
提高
程式效能
提高API間的互操作性
降低學習難度
降低設計和實現相關API的難度
增加程式的重用性
Java容器
裡只能放物件，對於基本型別（int， long， float， double等），需要將其包裝成物件型別後（Integer， Long， Float， Double等）才能放到容器裡。很多時候拆包裝和解包裝能夠自動完成。這雖然會導致額外的效能和空間開銷，但簡化了設計和程式設計。
泛型（Generics）
Java容器能夠容納任何型別的物件，這一點表面上是透過
泛型機制
完成，Java泛型不是什麼神奇的東西，只是編譯器為我們提供的一個“語法糖”，泛型本身並不需要Java
虛擬機器
的支援，只需要在編譯階段做一下簡單的字串替換即可。實質上Java的單繼承機制才是保證這一特性的根本，因為所有的物件都是Object的子類，容器裡只要能夠存放Object物件就行了。
事實上，所有容器的內部存放的都是Object物件，泛型機制只是簡化了程式設計，由編譯器自動幫我們完成了強制型別轉換而已。JDK 1。4以及之前版本不支援泛型，型別轉換需要程式設計師顯式完成。
//JDK 1。4 or before
ArrayList
list
=
new
ArrayList
（）；
list
。
add
（
new
String
（
“Monday”
））；
list
。
add
（
new
String
（
“Tuesday”
））；
list
。
add
（
new
String
（
“Wensday”
））；
for
（
int
i
=
0
；
i
<
list
。
size
（）；
i
++）{
String
weekday
=
（
String
）
list
。
get
（
i
）；
//顯式型別轉換
System
。
out
。
println
（
weekday
。
toUpperCase
（））；
}
//JDK 1。5 or latter
ArrayList
<
String
>
list
=
new
ArrayList
<
String
>（）；
//
引數化型別
list
。
add
（
new
String
（
“Monday”
））；
list
。
add
（
new
String
（
“Tuesday”
））；
list
。
add
（
new
String
（
“Wensday”
））；
for
（
int
i
=
0
；
i
<
list
。
size
（）；
i
++）{
String
weekday
=
list
。
get
（
i
）；
//隱式型別轉換，編譯器自動完成
System
。
out
。
println
（
weekday
。
toUpperCase
（））；
}
記憶體管理
跟C++複雜的記憶體管理機制不同，Java GC自動包攬了一切，Java程式並不需要處理令人頭疼的記憶體問題，因此JCF並不像C++ STL那樣需要專門的
空間介面卡
（alloctor）。
另外，由於Java裡物件都在堆上，且物件只能透過引用（reference，跟C++中的引用不是同一個概念，可以理解成經過包裝後的指標）訪問，容器裡放的其實是物件的引用而不是物件本身，也就不存在C++容器的複製複製問題。
介面和實現（Interfaces and Implementations）
介面
為了規範容器的行為，統一設計，JCF定義了14種
容器介面
（collection interfaces），它們的關係如下圖所示：
Map
介面沒有繼承自
Collection
介面，因為
Map
表示的是關聯式容器而不是集合。但Java為我們提供了從
Map
轉換到
Collection
的方法，可以方便的將
Map
切換到集合檢視。
上圖中提供了
Queue
介面，卻沒有
Stack
，這是因為
Stack
的功能已被JDK 1。6引入的
Deque
取代。
實現
上述介面的通用實現見下表：
接下來的篇幅，會逐個介紹上表中容器的
資料結構
以及用到的演算法。
迭代器（Iterator）
跟C++ STL一樣，JCF的迭代器（Iterator）為我們提供了遍歷容器中元素的方法。只有容器本身清楚容器裡元素的組織方式，因此迭代器只能透過容器本身得到。每個容器都會透過內部類的形式實現自己的迭代器。相比STL的迭代器，JCF的迭代器更容易使用。
//visit a list with iterator
ArrayList
<
String
>
list
=
new
ArrayList
<
String
>（）；
list
。
add
（
new
String
（
“Monday”
））；
list
。
add
（
new
String
（
“Tuesday”
））；
list
。
add
（
new
String
（
“Wensday”
））；
Iterator
<
String
>
it
=
list
。
iterator
（）；
//得到迭代器
while
（
it
。
hasNext
（））{
String
weekday
=
it
。
next
（）；
//訪問元素
System
。
out
。
println
（
weekday
。
toUpperCase
（））；
}
JDK 1。5 引入了增強的for迴圈，簡化了迭代容器時的寫法。
//使用增強for迭代
ArrayList
<
String
>
list
=
new
ArrayList
<
String
>（）；
list
。
add
（
new
String
（
“Monday”
））；
list
。
add
（
new
String
（
“Tuesday”
））；
list
。
add
（
new
String
（
“Wensday”
））；
for
（
String
weekday
：
list
）{
//enhanced for statement
System
。
out
。
println
（
weekday
。
toUpperCase
（））；
}
原始碼
JDK安裝目錄下的src。zip包含了Java core API的原始碼，本文采用的是JDK
1。7u79
的原始碼，下載地址。這裡複製了一份。
參考文獻
Collections Framework Overview
The For-Each Loop
系列回顧
《深入理解Java集合框架》系列文章
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