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Java数组与集合详解

2026-02-04
Java
数组
/
和
/
集合
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Java数组与集合详解#

什么是数组？#

数组是一种容器，可以存储固定大小的相同类型元素。在Java中，数组是引用类型。

数组的声明与初始化#

一维数组#

声明方式：

type[] arrayName;
type arrayName[];

初始化方式：

  1. 静态初始化：
int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
String[] names = {"张三", "李四", "王五"};
  1. 动态初始化：
int[] numbers = new int[5];
String[] names = new String[3];

二维数组#

声明方式：

type[][] arrayName;
type arrayName[][];

初始化方式：

  1. 静态初始化：
int[][] matrix = {
    {1, 2, 3},
    {4, 5, 6},
    {7, 8, 9}
};
  1. 动态初始化：
int[][] matrix = new int[3][3];

数组的访问与操作#

访问数组元素#

使用索引访问数组元素，索引从0开始：

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
int first = numbers[0]; // 访问第一个元素
int last = numbers[numbers.length - 1]; // 访问最后一个元素

遍历数组#

  1. 使用for循环：
int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
    System.out.println(numbers[i]);
}
  1. 使用增强型for循环：
int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int number : numbers) {
    System.out.println(number);
}

数组的长度#

使用length属性获取数组的长度：

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
int length = numbers.length; // 5

数组的局限性#

  1. 固定大小：数组一旦创建，大小就不能改变
  2. 类型单一：数组只能存储相同类型的元素
  3. 缺少内置方法：数组没有提供添加、删除等操作的内置方法
  4. 需要手动扩容：当需要存储更多元素时，需要手动创建新数组并复制元素

集合框架#

为了克服数组的局限性，Java提供了集合框架。集合框架是一组用于存储和操作对象的接口和类。

集合框架的层次结构#

Java集合框架主要包含以下接口：

  • Collection：所有集合的根接口
    • List：有序集合，允许重复元素
    • Set：无序集合，不允许重复元素
    • Queue：队列，先进先出
  • Map：键值对映射，不直接继承自Collection

常用集合类#

List接口的实现类#

  1. ArrayList：基于动态数组实现，查询快，增删慢
  2. LinkedList：基于双向链表实现，查询慢，增删快
  3. Vector：线程安全的ArrayList，效率较低

Set接口的实现类#

  1. HashSet：基于哈希表实现，无序，不允许重复元素
  2. LinkedHashSet：基于哈希表和链表实现，有序（插入顺序），不允许重复元素
  3. TreeSet：基于红黑树实现，有序（自然顺序或比较器顺序），不允许重复元素

Map接口的实现类#

  1. HashMap：基于哈希表实现，无序，键不允许重复
  2. LinkedHashMap：基于哈希表和链表实现，有序（插入顺序），键不允许重复
  3. TreeMap：基于红黑树实现，有序（自然顺序或比较器顺序），键不允许重复
  4. Hashtable：线程安全的HashMap，效率较低

List集合#

ArrayList#

创建ArrayList：

List<String> names = new ArrayList<>();
List<Integer> numbers = new ArrayList<>(Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5));

常用方法：

  • add(E element)：添加元素
  • add(int index, E element)：在指定位置添加元素
  • get(int index)：获取指定位置的元素
  • set(int index, E element)：替换指定位置的元素
  • remove(int index)：删除指定位置的元素
  • remove(Object o)：删除指定元素
  • size()：获取集合大小
  • contains(Object o)：判断集合是否包含指定元素
  • clear()：清空集合
  • isEmpty()：判断集合是否为空
  • toArray()：将集合转换为数组

示例：

List<String> names = new ArrayList<>();
names.add("张三");
names.add("李四");
names.add("王五");
System.out.println(names.get(0)); // 张三
names.remove(1); // 删除李四
System.out.println(names.size()); // 2

Set集合#

HashSet#

创建HashSet：

Set<String> names = new HashSet<>();
Set<Integer> numbers = new HashSet<>(Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5));

常用方法：

  • add(E e)：添加元素
  • remove(Object o)：删除元素
  • size()：获取集合大小
  • contains(Object o)：判断集合是否包含指定元素
  • clear()：清空集合
  • isEmpty()：判断集合是否为空

示例：

Set<String> names = new HashSet<>();
names.add("张三");
names.add("李四");
names.add("张三"); // 重复元素，不会添加
System.out.println(names.size()); // 2

Map集合#

HashMap#

创建HashMap：

Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();

常用方法：

  • put(K key, V value)：添加键值对
  • get(Object key)：根据键获取值
  • remove(Object key)：根据键删除键值对
  • size()：获取键值对数量
  • containsKey(Object key)：判断是否包含指定键
  • containsValue(Object value)：判断是否包含指定值
  • clear()：清空Map
  • isEmpty()：判断Map是否为空
  • keySet()：获取所有键的集合
  • values()：获取所有值的集合
  • entrySet()：获取所有键值对的集合

示例：

Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();
scores.put("张三", 95);
scores.put("李四", 88);
scores.put("王五", 92);
System.out.println(scores.get("张三")); // 95
scores.remove("李四");
System.out.println(scores.size()); // 2


// 遍历Map
for (String name : scores.keySet()) {
    System.out.println(name + ": " + scores.get(name));
}


for (Map.Entry<String, Integer> entry : scores.entrySet()) {
    System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
}

集合的遍历#

遍历List#

  1. 使用for循环：
List<String> names = new ArrayList<>();
names.add("张三");
names.add("李四");
names.add("王五");


for (int i = 0; i < names.size(); i++) {
    System.out.println(names.get(i));
}
  1. 使用增强型for循环：
for (String name : names) {
    System.out.println(name);
}
  1. 使用迭代器：
Iterator<String> iterator = names.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
}

遍历Set#

  1. 使用增强型for循环：
Set<String> names = new HashSet<>();
names.add("张三");
names.add("李四");
names.add("王五");


for (String name : names) {
    System.out.println(name);
}
  1. 使用迭代器：
Iterator<String> iterator = names.iterator();
while (iterator.hasNext()) {
    System.out.println(iterator.next());
}

遍历Map#

  1. 遍历键：
Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();
scores.put("张三", 95);
scores.put("李四", 88);
scores.put("王五", 92);


for (String name : scores.keySet()) {
    System.out.println(name + ": " + scores.get(name));
}
  1. 遍历键值对：
for (Map.Entry<String, Integer> entry : scores.entrySet()) {
    System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
}
  1. 遍历值：
for (Integer score : scores.values()) {
    System.out.println(score);
}

数组与集合的转换#

数组转集合#

int[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
List<Integer> list = Arrays.stream(numbers).boxed().collect(Collectors.toList());


String[] names = {"张三", "李四", "王五"};
List<String> nameList = Arrays.asList(names);
Set<String> nameSet = new HashSet<>(Arrays.asList(names));

集合转数组#

List<String> names = new ArrayList<>();
names.add("张三");
names.add("李四");
names.add("王五");


// 方法1：使用toArray()
Object[] objects = names.toArray();


// 方法2：使用toArray(T[] a)
String[] nameArray = names.toArray(new String[0]);

最佳实践#

  1. 选择合适的集合：

    • 需要有序、可重复的元素时，使用List
    • 需要无序、不可重复的元素时，使用Set
    • 需要键值对映射时，使用Map

  2. 根据操作选择具体实现：

    • 查询操作多时，使用ArrayList
    • 增删操作多时，使用LinkedList
    • 需要排序时，使用TreeSet或TreeMap
    • 需要保持插入顺序时，使用LinkedHashSet或LinkedHashMap

  3. 使用泛型：使用泛型可以避免类型转换错误，提高代码安全性。

  4. 初始化时指定容量：对于已知大小的集合，初始化时指定容量可以提高性能。

  5. 使用增强型for循环：遍历集合时，优先使用增强型for循环，代码更简洁。

  6. 注意空指针异常：在使用集合前，检查集合是否为null。

  7. 使用Collections工具类：Collections工具类提供了许多有用的方法，如排序、查找、反转等。

常见陷阱#

  1. Arrays.asList()的局限性：Arrays.asList()返回的是一个固定大小的列表，不支持添加和删除操作。

  2. 集合与原始类型：集合只能存储对象，不能存储原始类型，需要使用包装类。

  3. ConcurrentModificationException：在迭代过程中修改集合，会抛出ConcurrentModificationException异常。

  4. HashMap的键：HashMap的键应该是不可变的，否则可能导致键找不到。

  5. HashSet的元素：HashSet的元素应该正确实现equals()和hashCode()方法，否则可能导致重复元素。

总结#

数组和集合是Java中存储数据的重要容器，它们各有优缺点。数组适合存储固定大小的相同类型元素，而集合适合存储动态大小的对象。在实际开发中，我们应该根据具体需求选择合适的容器。

本文介绍了Java的数组和常用集合类，包括它们的创建、初始化、访问和操作方法。希望本文能够帮助你更好地理解Java的数组和集合，为后续的学习打下坚实的基础。

练习#

  1. 编写一个程序，使用ArrayList存储学生信息，并实现添加、删除、修改和查询操作。

  2. 编写一个程序，使用HashSet存储不重复的整数，并实现添加、删除和遍历操作。

  3. 编写一个程序，使用HashMap存储学生的姓名和成绩，并实现添加、删除、修改和查询操作。

  4. 编写一个程序，将数组转换为集合，然后再将集合转换回数组。

  5. 编写一个程序，使用Collections工具类对List进行排序、查找和反转操作。

通过这些练习，你将更加熟悉Java的数组和集合，为后续的学习做好准备。

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Java数组与集合详解
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作者
鹁鸪
发布于
2026-02-04
许可协议
CC BY-NC-SA 4.0
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