3.1 数组和字符串 - 数据的基本营地
在 Java 的世界中，数组和字符串是处理数据的基础。它们像是你的数据小队的营地，为你的编程之旅提供了起点。让我们更深入地了解这些基础结构，并通过一些实用的案例来探索它们的力量。
3.1.1 基础知识
- 数组：数组是相同类型数据的有序集合。在 Java 中，数组的大小在声明时确定，并且不能更改。你可以通过索引（从 0 开始）访问数组中的每个元素。
int[] numbers = new int[5]; // 声明一个整型数组，包含 5 个元素 numbers[0] = 1; // 给数组的第一个元素赋值
- 字符串：字符串是字符的序列，Java 中的
String类提供了丰富的方法来操作这些字符序列。字符串在 Java 中是不可变的，这意味着一旦创建，你就不能改变它们。
String greeting = "Hello, World!"; // 创建一个字符串
3.1.2 重点案例：统计文本中的单词频率
假设我们要分析一段文本，统计其中每个单词出现的频率。这个任务可以通过数组和字符串操作来完成。
import java.util.HashMap; import java.util.Map; public class WordFrequency { public static void main(String[] args) { String text = "Hello world. Hello Java. Hello Java World."; text = text.toLowerCase().replaceAll("[^a-z ]", ""); // 转小写并移除标点符号 String[] words = text.split(" "); // 使用空格分割字符串成单词数组 Map<String, Integer> frequencyMap = new HashMap<>(); for (String word : words) { frequencyMap.put(word, frequencyMap.getOrDefault(word, 0) + 1); } frequencyMap.forEach((key, value) -> System.out.println(key + ": " + value)); } }
3.1.3 拓展案例 1：寻找数组中的最大元素
在一组数据中寻找最大元素是一个常见的任务，可以通过遍历数组来实现。
public class FindMax { public static void main(String[] args) { int[] numbers = {5, 3, 8, 2, 9, 1}; int max = numbers[0]; // 假设第一个元素是最大的 for (int number : numbers) { if (number > max) { max = number; // 找到更大的元素 } } System.out.println("The maximum number is: " + max); } }
3.1.4 拓展案例 2：反转字符串
字符串的反转是许多算法和面试题中的常见问题。在 Java 中，我们可以使用 StringBuilder 类来实现这个功能，因为 String 是不可变的。
public class ReverseString { public static void main(String[] args) { String original = "Hello, World!"; String reversed = new StringBuilder(original).reverse().toString(); System.out.println("Original: " + original); System.out.println("Reversed: " + reversed); } }
通过这些案例，我们可以看到数组和字符串如何作为处理数据的基本工具，在 Java 编程中发挥着重要的作用。从统计单词频率到寻找最大元素，再到反转字符串，掌握这些基础技能将为你解决更复杂的问题打下坚实的基础。继续前进，实践这些案例，你将会发现更多有趣和实用的数据处理技巧！
3.2 集合框架概述 - 数据小队的训练场
Java 集合框架（JCF）是一套性能优异的类和接口，它提供了一种高效地存储和处理数据集合的方式。想象你正在指挥你的数据小队在训练场上进行训练，集合框架就是你的训练手册，告诉你如何组织和操作这些数据。
3.2.1 基础知识
- List：List 接口允许我们存储一个有序的集合，可以包含重复的元素。它是一个动态数组，可以增长和缩小。ArrayList 和 LinkedList 是两个实现了 List 接口的常用类。
- Set：Set 接口提供了存储唯一元素的方式，即不允许重复的元素。HashSet 和 TreeSet 是两个常用的实现了 Set 接口的类。
- Map：Map 接口使用键值对的方式存储数据。每个键映射到一个值。键不能重复，但值可以。HashMap 和 TreeMap 是两个实现了 Map 接口的常用类。
3.2.2 重点案例：学生信息管理系统
在一个学生信息管理系统中，我们需要存储和管理每个学生的信息，包括姓名、学号和成绩。我们可以使用 Map 来实现这个系统，其中学号作为唯一的键，学生信息作为值。
import java.util.HashMap; import java.util.Map; class Student { String name; double grade; public Student(String name, double grade) { this.name = name; this.grade = grade; } @Override public String toString() { return "Student{name='" + name + '\'' + ", grade=" + grade + '}'; } } public class StudentManagement { public static void main(String[] args) { Map<String, Student> students = new HashMap<>(); students.put("S001", new Student("Alice", 89.5)); students.put("S002", new Student("Bob", 92.0)); students.put("S003", new Student("Charlie", 85.5)); students.forEach((id, student) -> System.out.println(id + ": " + student)); } }
3.2.3 拓展案例 1：任务调度器
在一个任务调度器中，我们需要管理和调度一系列的任务。我们可以使用 PriorityQueue 来实现这个系统，优先调度重要性高的任务。
import java.util.PriorityQueue; class Task implements Comparable<Task> { String name; int priority; public Task(String name, int priority) { this.name = name; this.priority = priority; } @Override public int compareTo(Task other) { return Integer.compare(other.priority, this.priority); // 高优先级先出队 } @Override public String toString() { return "Task{name='" + name + '\'' + ", priority=" + priority + '}'; } } public class TaskScheduler { public static void main(String[] args) { PriorityQueue<Task> tasks = new PriorityQueue<>(); tasks.offer(new Task("Fix bug", 5)); tasks.offer(new Task("Write documentation", 1)); tasks.offer(new Task("Implement feature", 10)); while (!tasks.isEmpty()) { System.out.println("Processing " + tasks.poll()); } } }
3.2.4 拓展案例 2：产品库存管理
在一个电商平台的库存管理系统中，我们需要跟踪每个产品的库存数量。我们可以使用 Map 来存储产品 ID 和对应的库存数量。
import java.util.HashMap; import java.util.Map; public class InventoryManagement { public static void main(String[] args) { Map<String, Integer> inventory = new HashMap<>(); inventory.put("P001", 100); // 产品 ID 为 P001 的产品有 100 件库存 inventory.put("P002", 200); inventory.put("P003", 150); // 增加库存 inventory.put("P001", inventory.get("P001") + 50); inventory.forEach((productId, quantity) -> System.out.println("Product ID: " + productId + ", Quantity: " + quantity)); } }
通过这些案例，我们可以看到 Java 集合框架在实际生产中的强大用途。从管理学生信息到任务调度，再到库存管理，JCF 提供了一套灵活且强大的工具，帮助你高效地组织和操作数据集合。掌握这些集合类和接口将大大提高你的 Java 编程效率。
3.3 泛型和迭代器 - 数据小队的特种兵
在 Java 的数据管理军团中，泛型和迭代器是那些特别训练过的特种兵，它们提供了额外的灵活性和力量，使得数据操作更加高效和安全。
3.3.1 基础知识
- 泛型（Generics）：泛型提供了代码的类型安全性，允许在编译时检查类型错误。它们使得你可以编写可以应用于多种类型的通用代码，而不是为每种需要操作的数据类型编写重复的代码。
List<String> strings = new ArrayList<>(); // 使用泛型创建字符串列表 strings.add("Java"); // strings.add(123); // 编译时错误，保证了类型安全
- 迭代器（Iterator）：迭代器提供了一种遍历集合中元素的标准方式，无需关心集合的内部结构。它支持
hasNext()和next()操作，用于检查集合中是否还有元素，以及访问下一个元素。
Iterator<String> iterator = strings.iterator(); while(iterator.hasNext()) { String str = iterator.next(); System.out.println(str); }
3.3.2 重点案例：通用数据容器
假设我们需要创建一个通用的数据容器，它可以存储任何类型的数据，并提供遍历这些数据的能力。我们可以使用泛型来定义这个容器，以及迭代器来遍历容器中的数据。
class DataContainer<T> implements Iterable<T> { private List<T> data = new ArrayList<>(); public void add(T element) { data.add(element); } @Override public Iterator<T> iterator() { return data.iterator(); } } public class GenericDemo { public static void main(String[] args) { DataContainer<String> stringContainer = new DataContainer<>(); stringContainer.add("Hello"); stringContainer.add("World"); for (String str : stringContainer) { System.out.println(str); } } }
3.3.3 拓展案例 1：键值对存储
在许多应用中，我们需要存储键值对数据。我们可以创建一个通用的键值对类，并使用泛型来定义键和值的类型。
class KeyValuePair<K, V> { private K key; private V value; public KeyValuePair(K key, V value) { this.key = key; this.value = value; } public K getKey() { return key; } public V getValue() { return value; } } public class KeyValuePairDemo { public static void main(String[] args) { KeyValuePair<String, Integer> ageOfPerson = new KeyValuePair<>("Alice", 30); System.out.println(ageOfPerson.getKey() + ": " + ageOfPerson.getValue()); } }
3.3.4 拓展案例 2：类型安全的交换函数
在进行数据处理时，我们经常需要交换两个元素的位置。我们可以编写一个使用泛型的交换函数，以确保我们可以安全地交换同一类型的两个元素。
public class SwapDemo { public static <T> void swap(T[] array, int pos1, int pos2) { T temp = array[pos1]; array[pos1] = array[pos2]; array[pos2] = temp; } public static void main(String[] args) { Integer[] numbers = {1, 2, 3, 4, 5}; swap(numbers, 1, 3); // 交换位置 1 和位置 3 的元素 System.out.println(Arrays.toString(numbers)); } }
通过这些案例，我们可以看到泛型和迭代器如何增强 Java 程序的灵活性和类型安全性。泛型让我们可以编写可重用且类型安全的代码，而迭代器则提供了一种标准的方法来遍历集合中的数据。掌握这些特种兵的技能将使你在处理复杂数据时更加得心应手。继续前进，勇敢地使用这些工具来解决你面临的编程挑战吧！
