Java集合框架：修订间差异
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[[File:Java.util.Collection hierarchy.svg|thumb|java.util.Collection底下的類別和介面繼承樹]] |
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[[File:Java.util.Map hierarchy.svg|thumb|Java的java.util.Map底下的類別和介面繼承樹]] |
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'''Java集合框架'''('''Java collections framework''')是一個包含一系列實作可重複使用集合的[[資料結構]]的[[類別 (電腦科學)|類別]]和[[介面_(程式設計)|介面]]集合 |
'''Java集合框架'''('''Java collections framework''')是一個包含一系列實作可重複使用集合的[[資料結構]]的[[類別 (電腦科學)|類別]]和[[介面_(程式設計)|介面]]集合。 |
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雖然稱為「框架」，其使用方式卻像個[[函式庫]] |
雖然稱為「框架」，其使用方式卻像個[[函式庫]]。集合框架提供了定義各式各樣集合的介面和實作上述集合的類別。 |
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== 與陣列的不同處== |
== 與陣列的不同處== |
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集合和陣列在兩者保持物件參考核可被視作為一個團體上有著功能上的相似處 |
集合和陣列在兩者保持物件參考核可被視作為一個團體上有著功能上的相似處。集合和陣列其中一點不同的是，集合在宣告時不需要指定固定的容量。集合可以在新增或移除內容時自動地增加或縮減其容量。 |
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另外，集合無法收納基本資料型態，像是整數(int)、長整數(long)或者雙精度浮點數(double) |
另外，集合無法收納基本資料型態，像是整數(int)、長整數(long)或者雙精度浮點數(double)。取而代之的是，集合可以收納上述基本資料型態的包裹類別，像是整數(Integer)、長整數(Long)、或雙精度浮點數(Double)。{{NoteTag|注意基本型態宣告時用小寫開頭，包裹類別宣告時用大寫開頭}}<ref name=":0">{{Cite book|title=Big Java Early Objects|last=Horstmann|first=Cay|publisher=|year=2014|isbn=|location=|pages=}}</ref> |
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==歷史== |
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集合介面在{{link-en|JDK 1.2|Java_version_history#J2SE_1.2}}先行版版本時納入，並包含少數簡單的資料結構類別，但當時並未包含完整的集合框架 |
集合介面在{{link-en|JDK 1.2|Java_version_history#J2SE_1.2}}先行版版本時納入，並包含少數簡單的資料結構類別，但當時並未包含完整的集合框架。<ref name="ibm">{{cite web |
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|url=http://www.digilife.be/quickreferences/PT/Java%20Collections%20Framework.pdf |
|url=http://www.digilife.be/quickreferences/PT/Java%20Collections%20Framework.pdf |
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|title=Java Collections Framework |
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原本在Java典型集中物件的方法是使用陣列(array)、向量(Vector)或者雜湊表(Hashtable)類別來處理 |
原本在Java典型集中物件的方法是使用陣列(array)、向量(Vector)或者雜湊表(Hashtable)類別來處理。但上述的類別並不容易擴展，而且並沒有一個標準的介面。<ref>{{cite web |
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| author=Dan Becker |
| author=Dan Becker |
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當時若想使用可重用集合[[資料結構]]，也是有數種第三方框架可供選擇 |
當時若想使用可重用集合[[資料結構]]，也是有數種第三方框架可供選擇。最廣為使用的例如{{link-en|道格·利亞|Doug Lea}}的''集合包''(Collections package)<ref>{{cite web |
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集合框架主要由[[約書亞·布洛克]]設計且開發，並於{{link-en|JDK 1.2|Java_version_history#J2SE_1.2}}中導入 |
集合框架主要由[[約書亞·布洛克]]設計且開發，並於{{link-en|JDK 1.2|Java_version_history#J2SE_1.2}}中導入。它重新使用了不少來自道格·利亞的集合包的概念和類別，並在最後使後者過時。<ref name="douglea" /> <ref>{{cite web |
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| title=The battle of the container frameworks: which should you use? |
| title=The battle of the container frameworks: which should you use? |
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道格·利亞後來投入發展[[并发性]]{{link-en|Java包|Java package}}，並在其使用了和集合框架有關的類別 |
道格·利亞後來投入發展[[并发性]]{{link-en|Java包|Java package}}，並在其使用了和集合框架有關的類別。<ref name="douglea2">{{cite web |
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| title=Overview of package util.concurrent Release 1.3.4 |
| title=Overview of package util.concurrent Release 1.3.4 |
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| author=[[Doug Lea]] |
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| quote=''Note: Upon release of J2SE 5.0, this package enters maintenance mode: Only essential corrections will be released. J2SE5 package java.util.concurrent includes improved, more efficient, standardized versions of the main components in this package.'' |
| quote=''Note: Upon release of J2SE 5.0, this package enters maintenance mode: Only essential corrections will be released. J2SE5 package java.util.concurrent includes improved, more efficient, standardized versions of the main components in this package.'' |
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| accessdate=2011-01-01}}</ref>而後來并发性工具在{{link-en|JDK 5.0|Java_version_history#J2SE 5.0}}以{{link-en|JSR 166|Java concurrency|}}導入 |
| accessdate=2011-01-01}}</ref>而後來并发性工具在{{link-en|JDK 5.0|Java_version_history#J2SE 5.0}}以{{link-en|JSR 166|Java concurrency|}}導入。 |
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==架構== |
==架構== |
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在Java，幾乎全部的集合都衍生自java.util.Collection |
在Java，幾乎全部的集合都衍生自java.util.Collection。集合介面定義了所有集合的基本部件。介面中定義了'''加入'''(add)和'''移除'''(remove)兩種方法來增加或移除該集合內的元素。另一個必要的方法例如'''轉成陣列'''(toArray)，用於把該集合的所有轉換成基本陣列。最後，一個名為''含有''(contains)的方法用來檢查某元素是否在該集合內。集合這個介面是java.lang.Iterable的子介面，故此集合可被用於For-each函式的查詢目標。(Iterable介面包含方法'''疊代器'''(iterator)來讓For-each函式使用)。所有的集合都具有一個[[疊代器]]來遍詢集合內的所有元素。另外，集合也是一個{{link-en|泛型|Generics in Java}}。任何集合皆須要寫成能接受任何類別。例如：'''集合<字串>'''可以用來存放字串，而且在其中的所有元素提出來都被視作字串，而不需要另外轉型。<ref>{{cite web|url=http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/lang/Iterable.html |title=Iterable (Java Platform SE 7 ) |publisher=Docs.oracle.com |date=2013-06-06 |accessdate=2013-08-16}}</ref>使用時，角括號裡面填入該集合應該存放哪種類別。 |
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===三種集合=== |
===三種集合=== |
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集合可分為三種：'''有序列表'''(ordered lists)、'''映射表'''(maps)和'''集'''(sets) |
集合可分為三種：'''有序列表'''(ordered lists)、'''映射表'''(maps)和'''集'''(sets)。有序列表容許程式設計師依序地加入元素，並以同樣的順序取回元素，例如等候列表。在有序列表介面底下有兩個子介面，分別為'''列表'''(Lists)和'''佇列'''(Queue)。映射表使用索引來參考物件並取回其值。在映射表介面底下有一個子介面'''映射表'''(Map)。集是一種可供遍巡的無序集合，但當中不允許重複的物件存在。在其中有個子介面'''集'''(Set)。<ref name=":0" /> |
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=== 列表介面 === |
=== 列表介面 === |
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{{seeAlso|連結串列}} |
{{seeAlso|連結串列}} |
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列表在集合框架下藉由java.util.List介面實作，其將列表定義為一種更靈活的陣列 |
列表在集合框架下藉由java.util.List介面實作，其將列表定義為一種更靈活的陣列。元素有特定的順序，而且容許相同的元素存在。元素可被放置在特定的位置，也可以在列表中被搜尋。以下兩種舉例為實作了列表介面的具體物件: |
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*java.util.ArrayList:其將列表實作為一種陣列 |
*java.util.ArrayList:其將列表實作為一種陣列。當操作其方法並填入類別時，該種類別會把元素存在某個所屬陣列當中。 |
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*java.util.LinkedList:這個類別將元素包裝成節點，而每個節點包含前一節點和後一節點的[[指標 (電腦科學)|指標]] |
*java.util.LinkedList:這個類別將元素包裝成節點，而每個節點包含前一節點和後一節點的[[指標 (電腦科學)|指標]]。這種列表藉由讀取上述的指標來在節點中巡查並操作元素。元素可以藉由操作指標來掛上和脫離節點，來簡單地實現新增或刪除。<ref>{{cite web|url=http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/List.html |title=List (Java Platform SE 7 ) |publisher=Docs.oracle.com |date=2013-06-06 |accessdate=2013-08-16}}</ref> |
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=== 堆疊類別 === |
=== 堆疊類別 === |
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{{seeAlso|堆疊}} |
{{seeAlso|堆疊}} |
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堆疊可由java.util.Stack建立 |
堆疊可由java.util.Stack建立。其提供方法來'''推入'''(push)或'''彈出'''(pop)當中的元素。堆疊會依循後進先出的原則來回傳元素。意即，最後推入的元素會最先彈出。java.util.Stack是Java所提供的堆疊標準實作。其延伸了java.util.Vector並加入了5種新操作來讓向量可被看成堆疊。除提供了推入和彈出方法外，還提供了'''窺'''(Seek)方法來檢查最上方的元素、檢查堆疊是否空白的方法、還有尋找並檢查某元素離最上方有多遠的方法。當堆疊被建立時，當中不含任何元素。 |
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=== 佇列類別 === |
=== 佇列類別 === |
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java.util.Queue定義了佇列資料結構，也就是將元素以其加入的順序來排序的集合 |
java.util.Queue定義了佇列資料結構，也就是將元素以其加入的順序來排序的集合。新加入的元素會放在對列的最末端，而提出物件時會先從最頂端開始提出。這實現了[[先進先出]]的模式。在這介面下有java.util.LinkedList, java.util.ArrayDeque,和java.util.PriorityQueue。<ref>{{cite web|url=http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/Queue.html |title=Queue (Java Platform SE 7 ) |publisher=Docs.oracle.com |date=2013-06-06 |accessdate=2013-08-16}}</ref> |
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===集介面=== |
===集介面=== |
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Java的java.util.Set定義了集 |
Java的java.util.Set定義了集。集不能包含任何重複的元素，另外集也沒有順序。也因為如此，在集內的元素無法以索引存取。在集底下實作了'''雜湊集'''(java.util.HashSet)、'''連結雜湊集'''(java.util.LinkedHashSet)和'''樹狀集'''(java.util.TreeSet)。雜湊集使用'''雜湊映射表'''(java.util.HashMap)來儲存元素和其雜湊值來防止重複。連結雜湊集藉由建立雙向連結列表來按照各個元素的加入順序進行聯繫，如此可以保持這個集的順序。樹狀集使用[[紅黑樹]]來確保沒有重複的元素。另外，如此的實作容許樹狀集能實作'''已排序集'''(java.util.SortedSet)。<ref>{{cite web|url=http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/Set.html |title=Set (Java Platform SE 7 ) |publisher=Docs.oracle.com |date=2013-06-06 |accessdate=2013-08-16}}</ref> |
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跟一般的集所不同的是，已排序集會藉由元素的'''與之比較'''(compareTo)方法、或於已排序集建構式當中提供的函數，來對其中元素進行排序 |
跟一般的集所不同的是，已排序集會藉由元素的'''與之比較'''(compareTo)方法、或於已排序集建構式當中提供的函數，來對其中元素進行排序。如此可以輕鬆取得已排序集當中的第一和第末元素，或者由某最大和最小值為區間來取得子集。<ref>{{cite web|url=http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/SortedSet.html |title=SortedSet (Java Platform SE 7 ) |publisher=Docs.oracle.com |date=2013-06-06 |accessdate=2013-08-16}}</ref> |
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已排序集還可藉由'''可導航集'''(java.util.NavigableSet)介面擴充 |
已排序集還可藉由'''可導航集'''(java.util.NavigableSet)介面擴充。可導航集和已排序集很像，不過有著額外的新方法，像是'''地板'''(floor)、'''天花板'''(ceiling)、'''更低'''(lower)和'''更高'''(higher)。這些方法可以按照某參數來在可導航集尋找符合條件的元素。另外，可導航集也提供了一個疊代器，可用於遍詢其中的元素。<ref>{{cite web|url=http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/NavigableSet.html |title=NavigableSet (Java Platform SE 7 ) |publisher=Docs.oracle.com |date=2013-06-06}}</ref> |
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===映射表介面=== |
===映射表介面=== |
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{{seeAlso|雜湊表}} |
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Java的java.util.Map定義了映射表 |
Java的java.util.Map定義了映射表。映射表是一種以索引和元素掛鉤的簡單資料結構。如果在映射表內以雜湊值代表某元素的索引，則這個映射表實質上是一個集。如果以一個遞增號碼來做索引，則實質上為一個列表。在映射表底下實作了'''雜湊表'''(java.util.HashMap)、'''連結雜湊表'''(java.util.LinkedHashMap)、和'''樹狀表'''(java.util.TreeMap)。雜湊表會儲存索引值的雜湊值來做為比對並提出該索引連接的元素之用。連結雜湊表進一步拓展了上述架構，它增加了一個[[雙向連結串列]]來連結當中的元素，使其能保存元素加入時的順序。樹狀表使用紅黑樹來比對索引值。<ref>{{cite web|url=http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/Map.html |title=Map (Java Platform SE 7 ) |publisher=Docs.oracle.com |date=2013-06-06 |accessdate=2013-08-16}}</ref> |
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映射表介面藉由他的子介面，'''已排序映射表'''(java.util.SortedMap)，得到進一步的拓展 |
映射表介面藉由他的子介面，'''已排序映射表'''(java.util.SortedMap)，得到進一步的拓展。已排序映射表會藉由索引的'''與之比較'''(compareTo)方法、或於已排序映射表建構式當中提供的函數，來對其中索引進行排序。如此可以輕鬆取得已排序映射表當中的第一和第末索引，或者由某最大和最小值為區間來取得索引與值來建立子映射表。<ref>{{cite web|url=http://docs.oracle.com/javase/7/docs/api/java/util/SortedMap.html |title=SortedMap (Java Platform SE 7 ) |publisher=Docs.oracle.com |date=2013-06-06 |accessdate=2013-08-16}}</ref> |
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==參考資料== |
==參考資料== |
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2019年4月9日 (二) 23:15的版本
Java集合框架(Java collections framework)是一个包含一系列实作可重复使用集合的数据结构的类别和界面集合。 虽然称为“框架”，其使用方式却像个函式库。集合框架提供了定义各式各样集合的界面和实作上述集合的类别。
与阵列的不同处
集合和阵列在两者保持物件参考核可被视作为一个团体上有着功能上的相似处。集合和阵列其中一点不同的是，集合在宣告时不需要指定固定的容量。集合可以在新增或移除内容时自动地增加或缩减其容量。 另外，集合无法收纳基本资料型态，像是整数(int)、长整数(long)或者双精度浮点数(double)。取而代之的是，集合可以收纳上述基本资料型态的包裹类别，像是整数(Integer)、长整数(Long)、或双精度浮点数(Double)。[注 1][1]
历史
集合界面在JDK 1.2先行版版本时纳入，并包含少数简单的数据结构类别，但当时并未包含完整的集合框架。[2] 原本在Java典型集中物件的方法是使用阵列(array)、向量(Vector)或者散列表(Hashtable)类别来处理。但上述的类别并不容易扩展，而且并没有一个标准的界面。[3] 当时若想使用可重用集合数据结构，也是有数种第三方框架可供选择。最广为使用的例如道格·利亚的集合包(Collections package)[4]的集合包[5]
集合框架主要由约书亚·布洛克设计且开发，并于JDK 1.2中导入。它重新使用了不少来自道格·利亚的集合包的概念和类别，并在最后使后者过时。[5] [6] 道格·利亚后来投入发展并发性Java包，并在其使用了和集合框架有关的类别。[7]而后来并发性工具在JDK 5.0以JSR 166导入。
架构
在Java，几乎全部的集合都衍生自java.util.Collection。集合界面定义了所有集合的基本部件。界面中定义了加入(add)和移除(remove)两种方法来增加或移除该集合内的元素。另一个必要的方法例如转成阵列(toArray)，用于把该集合的所有转换成基本阵列。最后，一个名为含有(contains)的方法用来检查某元素是否在该集合内。集合这个界面是java.lang.Iterable的子界面，故此集合可被用于For-each函式的访问目标。(Iterable界面包含方法迭代器(iterator)来让For-each函式使用)。所有的集合都具有一个迭代器来遍询集合内的所有元素。另外，集合也是一个泛型。任何集合皆须要写成能接受任何类别。例如：集合<字串>可以用来存放字串，而且在其中的所有元素提出来都被视作字串，而不需要另外转型。[8]使用时，角括号里面填入该集合应该存放哪种类别。
三种集合
集合可分为三种：有序列表(ordered lists)、映射表(maps)和集(sets)。有序列表容许程序员依序地加入元素，并以同样的顺序取回元素，例如等候列表。在有序列表界面底下有两个子界面，分别为列表(Lists)和队列(Queue)。映射表使用索引来参考物件并取回其值。在映射表界面底下有一个子界面映射表(Map)。集是一种可供遍巡的无序集合，但当中不允许重复的物件存在。在其中有个子界面集(Set)。[1]
列表界面
列表在集合框架下借由java.util.List界面实作，其将列表定义为一种更灵活的阵列。元素有特定的顺序，而且容许相同的元素存在。元素可被放置在特定的位置，也可以在列表中被搜寻。以下两种举例为实作了列表界面的具体物件:
- java.util.ArrayList:其将列表实作为一种阵列。当操作其方法并填入类别时，该种类别会把元素存在某个所属阵列当中。
- java.util.LinkedList:这个类别将元素包装成节点，而每个节点包含前一节点和后一节点的指标。这种列表借由读取上述的指标来在节点中巡查并操作元素。元素可以借由操作指标来挂上和脱离节点，来简单地实现新增或删除。[9]
堆叠类别
堆叠可由java.util.Stack建立。其提供方法来推入(push)或弹出(pop)当中的元素。堆叠会依循后进先出的原则来回传元素。意即，最后推入的元素会最先弹出。java.util.Stack是Java所提供的堆叠标准实作。其延伸了java.util.Vector并加入了5种新操作来让向量可被看成堆叠。除提供了推入和弹出方法外，还提供了窥(Seek)方法来检查最上方的元素、检查堆叠是否空白的方法、还有寻找并检查某元素离最上方有多远的方法。当堆叠被建立时，当中不含任何元素。
队列类别
java.util.Queue定义了队列数据结构，也就是将元素以其加入的顺序来排序的集合。新加入的元素会放在对列的最末端，而提出物件时会先从最顶端开始提出。这实现了先进先出的模式。在这界面下有java.util.LinkedList, java.util.ArrayDeque,和java.util.PriorityQueue。[10]
集界面
Java的java.util.Set定义了集。集不能包含任何重复的元素，另外集也没有顺序。也因为如此，在集内的元素无法以索引存取。在集底下实作了散列集(java.util.HashSet)、连结散列集(java.util.LinkedHashSet)和树状集(java.util.TreeSet)。散列集使用散列映射表(java.util.HashMap)来储存元素和其散列值来防止重复。连结散列集借由建立双向连结列表来按照各个元素的加入顺序进行联系，如此可以保持这个集的顺序。树状集使用红黑树来确保没有重复的元素。另外，如此的实作容许树状集能实作已排序集(java.util.SortedSet)。[11] 跟一般的集所不同的是，已排序集会借由元素的与之比较(compareTo)方法、或于已排序集建构式当中提供的函数，来对其中元素进行排序。如此可以轻松取得已排序集当中的第一和第末元素，或者由某最大和最小值为区间来取得子集。[12]
已排序集还可借由可导航集(java.util.NavigableSet)界面扩充。可导航集和已排序集很像，不过有着额外的新方法，像是地板(floor)、天花板(ceiling)、更低(lower)和更高(higher)。这些方法可以按照某参数来在可导航集寻找符合条件的元素。另外，可导航集也提供了一个迭代器，可用于遍询其中的元素。[13]
映射表界面
Java的java.util.Map定义了映射表。映射表是一种以索引和元素挂钩的简单数据结构。如果在映射表内以散列值代表某元素的索引，则这个映射表实质上是一个集。如果以一个递增号码来做索引，则实质上为一个列表。在映射表底下实作了散列表(java.util.HashMap)、连结散列表(java.util.LinkedHashMap)、和树状表(java.util.TreeMap)。散列表会储存索引值的散列值来做为比对并提出该索引连接的元素之用。连结散列表进一步拓展了上述架构，它增加了一个双向连结串列来连结当中的元素，使其能保存元素加入时的顺序。树状表使用红黑树来比对索引值。[14]
映射表界面借由他的子界面，已排序映射表(java.util.SortedMap)，得到进一步的拓展。已排序映射表会借由索引的与之比较(compareTo)方法、或于已排序映射表建构式当中提供的函数，来对其中索引进行排序。如此可以轻松取得已排序映射表当中的第一和第末索引，或者由某最大和最小值为区间来取得索引与值来建立子映射表。[15]
参考资料
- ^ 1.0 1.1 Horstmann, Cay. Big Java Early Objects. 2014.
- ^ Java Collections Framework (PDF). IBM. [2011-01-01]. （原始内容 (PDF)存档于2011-08-07）.
- ^ Dan Becker. Get started with the Java Collections Framework. JavaWorld. 1998-01-11 [2011-01-01].
Before Collections made its most welcome debut, the standard methods for grouping Java objects were via the array, the Vector, and the Hashtable. All three of these collections have different methods and syntax for accessing members: arrays use the square bracket ([]) symbols, Vector uses the elementAt method, and Hashtable uses
getandputmethods. - ^ Recursion Software. Need a good set of abstract data structures? ObjectSpace's JGL packs a punch!. Generic Collection Library. JavaWorld. 1997-01-06 [2011-01-01].
As with Java itself, the Java Generic Library borrows heavily from the C++ camp: It takes the best from C++'s STL, while leaving the C++ warts behind. Most C++ programmers today will know of their STL, but few are managing to exploit its potential.
- ^ 5.0 5.1 Doug Lea. Overview of the collections Package. [2011-01-01].
The Sun Java Development Kit JDK1.2 finally includes a standard set of collection classes. While there are some design and implementation differences, the JDK1.2 package contains most of the same basic abstractions, structure, and functionality as this package. For this reason, this collections package will NOT be further updated
- ^ The battle of the container frameworks: which should you use?. JavaWorld. 1999-01-01 [2011-01-01].
Comparing ObjectSpace Inc.'s JGL and Sun's Collections Framework turns out to be like comparing apples and kiwi fruits. At first sight, the two frameworks seem to be competing for the same developers, but after a closer inspection it is clear that the two cannot be compared fairly without acknowledging first that the two frameworks have different goals. If, like Sun's documentation states, Collections is going to homogenize Sun's own APIs (core API, extensions, etc.), then clearly Collections has to be great news, and a good thing, even to the most fanatic JGL addict. Provided Sun doesn't break its promise in this area, I'll be happy to invest my resources in adopting Collections in earnest.
- ^ Doug Lea. Overview of package util.concurrent Release 1.3.4. [2011-01-01].
Note: Upon release of J2SE 5.0, this package enters maintenance mode: Only essential corrections will be released. J2SE5 package java.util.concurrent includes improved, more efficient, standardized versions of the main components in this package.
- ^ Iterable (Java Platform SE 7 ). Docs.oracle.com. 2013-06-06 [2013-08-16].
- ^ List (Java Platform SE 7 ). Docs.oracle.com. 2013-06-06 [2013-08-16].
- ^ Queue (Java Platform SE 7 ). Docs.oracle.com. 2013-06-06 [2013-08-16].
- ^ Set (Java Platform SE 7 ). Docs.oracle.com. 2013-06-06 [2013-08-16].
- ^ SortedSet (Java Platform SE 7 ). Docs.oracle.com. 2013-06-06 [2013-08-16].
- ^ NavigableSet (Java Platform SE 7 ). Docs.oracle.com. 2013-06-06.
- ^ Map (Java Platform SE 7 ). Docs.oracle.com. 2013-06-06 [2013-08-16].
- ^ SortedMap (Java Platform SE 7 ). Docs.oracle.com. 2013-06-06 [2013-08-16].
维基教科书中的相关电子教程：Collections
注释
- ^ 注意基本型态宣告时用小写开头，包裹类别宣告时用大写开头