Java Set集合：HashSet和TreeSet类

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2024-03-23 19:28 12阅读 0赞

Set 集合类似于一个罐子，程序可以依次把多个对象“丢进”Set 集合，而 Set 集合通常不能记住元素的添加顺序。也就是说 Set 集合中的对象不按特定的方式排序，只是简单地把对象加入集合。Set 集合中不能包含重复的对象，并且最多只允许包含一个 null 元素。  
  
Set 实现了 Collection 接口，它主要有两个常用的实现类：HashSet 类和 TreeSet类。

## Java HashSet ##

HashSet 基于 HashMap 来实现的，是一个不允许有重复元素的集合。

HashSet 允许有 null 值。

HashSet 是无序的，即不会记录插入的顺序。

HashSet 不是线程安全的， 如果多个线程尝试同时修改 HashSet，则最终结果是不确定的。 您必须在多线程访问时显式同步对 HashSet 的并发访问。

HashSet 实现了 Set 接口。

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HashSet 中的元素实际上是对象，一些常见的基本类型可以使用它的包装类。

基本类型对应的包装类表如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>基本类型</th> 
   <th>引用类型</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>boolean</td> 
   <td>Boolean</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>byte</td> 
   <td>Byte</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>short</td> 
   <td>Short</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>int</td> 
   <td>Integer</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>long</td> 
   <td>Long</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>float</td> 
   <td>Float</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>double</td> 
   <td>Double</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>char</td> 
   <td>Character</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

HashSet 类位于 java.util 包中，使用前需要引入它，语法格式如下：

import java.util.HashSet; // 引入 HashSet 类

以下实例我们创建一个 HashSet 对象 sites，用于保存字符串元素：

HashSet<String> sites = new HashSet<String>();

#### 添加元素 ####

HashSet 类提供了很多有用的方法，添加元素可以使用 add() 方法:

### 实例 ###

// 引入 HashSet 类      
    import java.util.HashSet;
    
    public class RunoobTest {
        public static void main(String[] args) {
        HashSet<String> sites = new HashSet<String>();
            sites.add("Google");
            sites.add("Runoob");
            sites.add("Taobao");
            sites.add("Zhihu");
            sites.add("Runoob");  // 重复的元素不会被添加
            System.out.println(sites);
        }
    }

执行以上代码，输出结果如下：

[Google, Runoob, Zhihu, Taobao]

在上面的实例中，Runoob 被添加了两次，它在集合中也只会出现一次，因为集合中的每个元素都必须是唯一的。

#### 判断元素是否存在 ####

我们可以使用 contains() 方法来判断元素是否存在于集合当中:

### 实例 ###

执行以上代码，输出结果如下：

true

#### 删除元素 ####

我们可以使用 remove() 方法来删除集合中的元素:

### 实例 ###

// 引入 HashSet 类      
    import java.util.HashSet;
    
    public class RunoobTest {
        public static void main(String[] args) {
        HashSet<String> sites = new HashSet<String>();
            sites.add("Google");
            sites.add("Runoob");
            sites.add("Taobao");
            sites.add("Zhihu");
            sites.add("Runoob");     // 重复的元素不会被添加
            sites.remove("Taobao");  // 删除元素，删除成功返回 true，否则为 false
            System.out.println(sites);
        }
    }

执行以上代码，输出结果如下：

[Google, Runoob, Zhihu]

删除集合中所有元素可以使用 clear 方法：

### 实例 ###

// 引入 HashSet 类      
    import java.util.HashSet;
    
    public class RunoobTest {
        public static void main(String[] args) {
        HashSet<String> sites = new HashSet<String>();
            sites.add("Google");
            sites.add("Runoob");
            sites.add("Taobao");
            sites.add("Zhihu");
            sites.add("Runoob");     // 重复的元素不会被添加
            sites.clear();  
            System.out.println(sites);
        }
    }

执行以上代码，输出结果如下：

[]

#### 计算大小 ####

如果要计算 HashSet 中的元素数量可以使用 size() 方法：

### 实例 ###

// 引入 HashSet 类      
    import java.util.HashSet;
    
    public class RunoobTest {
        public static void main(String[] args) {
        HashSet<String> sites = new HashSet<String>();
            sites.add("Google");
            sites.add("Runoob");
            sites.add("Taobao");
            sites.add("Zhihu");
            sites.add("Runoob");     // 重复的元素不会被添加
            System.out.println(sites.size());  
        }
    }

执行以上代码，输出结果如下：

#### 迭代 HashSet ####

可以使用 for-each 来迭代 HashSet 中的元素。

### 实例 ###

// 引入 HashSet 类      
    import java.util.HashSet;
    
    public class RunoobTest {
        public static void main(String[] args) {
        HashSet<String> sites = new HashSet<String>();
            sites.add("Google");
            sites.add("Runoob");
            sites.add("Taobao");
            sites.add("Zhihu");
            sites.add("Runoob");     // 重复的元素不会被添加
            for (String i : sites) {
                System.out.println(i);
            }
        }
    }

执行以上代码，输出结果如下：

Google
    Runoob
    Zhihu
    Taobao

### TreeSet 类 ###

TreeSet 类同时实现了 Set 接口和 SortedSet 接口。SortedSet 接口是 Set 接口的子接口，可以实现对集合进行自然排序，因此使用 TreeSet 类实现的 Set 接口默认情况下是自然排序的，这里的自然排序指的是升序排序。  
  
TreeSet 只能对实现了 Comparable 接口的类对象进行排序，因为 Comparable 接口中有一个 compareTo(Object o) 方法用于比较两个对象的大小。例如 a.compareTo(b)，如果 a 和 b 相等，则该方法返回 0；如果 a 大于 b，则该方法返回大于 0 的值；如果 a 小于 b，则该方法返回小于 0 的值。  
  
表列举了 JDK 类库中实现 Comparable 接口的类，以及这些类对象的比较方式。

<table>  
 <tbody> 
  <tr> 
   <th style="text-align:center;">类</th> 
   <th colspan="2" style="text-align:center;">比较方式</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>包装类（BigDecimal、Biglnteger、&nbsp;Byte、Double、<br> Float、Integer、Long&nbsp;及&nbsp;Short)</td> 
   <td colspan="2">按数字大小比较</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Character</td> 
   <td colspan="2">按字符的 Unicode 值的数字大小比较</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>String</td> 
   <td colspan="2">按字符串中字符的 Unicode 值的数字大小比较</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

TreeSet 类除了实现 Collection 接口的所有方法之外，还提供了如表所示的方法。

<table>  
 <tbody> 
  <tr> 
   <th style="text-align:center;">方法名称</th> 
   <th style="text-align:center;">说明</th> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>E first()</td> 
   <td>返回此集合中的第一个元素。其中，E 表示集合中元素的数据类型</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>E last()</td> 
   <td>返回此集合中的最后一个元素</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>E poolFirst()</td> 
   <td>获取并移除此集合中的第一个元素</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>E poolLast()</td> 
   <td>获取并移除此集合中的最后一个元素</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SortedSet&lt;E&gt; subSet(E fromElement,E toElement)</td> 
   <td>返回一个新的集合，新集合包含原集合中 fromElement 对象与&nbsp;toElement<br> 对象之间的所有对象。包含 fromElement 对象，不包含 toElement 对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SortedSet&lt;E&gt; headSet&lt;E toElement〉</td> 
   <td>返回一个新的集合，新集合包含原集合中 toElement 对象之前的所有对象。<br> 不包含 toElement 对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>SortedSet&lt;E&gt; tailSet(E fromElement)</td> 
   <td>返回一个新的集合，新集合包含原集合中 fromElement 对象之后的所有对<br> 象。包含 fromElement 对象</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

注意：表面上看起来这些方法很多，其实很简单。因为 TreeSet 中的元素是有序的，所以增加了访问第一个、前一个、后一个、最后一个元素的方法，并提供了 3 个从 TreeSet 中截取子 TreeSet 的方法。

##### 例 2：本次有 5 名学生参加考试，当老师录入每名学生的成绩后，程序将按照从低到高的排列顺序显示学生成绩。此外，老师可以查询本次考试是否有满分的学生存在，不及格的成绩有哪些，90 分以上成绩的学生有几名。 #####

下面使用 TreeSet 类来创建 Set 集合，完成学生成绩查询功能。具体的代码如下：

public class Test08 {
        public static void main(String[] args) {
            TreeSet<Double> scores = new TreeSet<Double>(); // 创建 TreeSet 集合
            Scanner input = new Scanner(System.in);
            System.out.println("------------学生成绩管理系统-------------");
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println("第" + (i + 1) + "个学生成绩：");
                double score = input.nextDouble();
                // 将学生成绩转换为Double类型，添加到TreeSet集合中
                scores.add(Double.valueOf(score));
            }
            Iterator<Double> it = scores.iterator(); // 创建 Iterator 对象
            System.out.println("学生成绩从低到高的排序为：");
            while (it.hasNext()) {
                System.out.print(it.next() + "\t");
            }
            System.out.println("\n请输入要查询的成绩：");
            double searchScore = input.nextDouble();
            if (scores.contains(searchScore)) {
                System.out.println("成绩为： " + searchScore + " 的学生存在！");
            } else {
                System.out.println("成绩为： " + searchScore + " 的学生不存在！");
            }
            // 查询不及格的学生成绩
            SortedSet<Double> score1 = scores.headSet(60.0);
            System.out.println("\n不及格的成绩有：");
            for (int i = 0; i < score1.toArray().length; i++) {
                System.out.print(score1.toArray()[i] + "\t");
            }
            // 查询90分以上的学生成绩
            SortedSet<Double> score2 = scores.tailSet(90.0);
            System.out.println("\n90 分以上的成绩有：");
            for (int i = 0; i < score2.toArray().length; i++) {
                System.out.print(score2.toArray()[i] + "\t");
            }
        }
    }

如上述代码，首先创建一个 TreeSet 集合对象 scores，并向该集合中添加 5 个 Double 对象。接着使用 while 循环遍历 scores 集合对象，输出该对象中的元素，然后调用 TreeSet 类中的 contains() 方法获取该集合中是否存在指定的元素。最后分别调用 TreeSet 类中的 headSet() 方法和 tailSet() 方法获取不及格的成绩和 90 分以上的成绩。

运行该程序，执行结果如下所示。

>     ------------学生成绩管理系统-------------
>     第1个学生成绩：
>     53
>     第2个学生成绩：
>     48
>     第3个学生成绩：
>     85
>     第4个学生成绩：
>     98
>     第5个学生成绩：
>     68
>     学生成绩从低到高的排序为：
>     48.0    53.0    68.0    85.0    98.0   
>     请输入要查询的成绩：
>     90
>     成绩为： 90.0 的学生不存在！
>     
>     不及格的成绩有：
>     48.0    53.0   
>     90 分以上的成绩有：
>     98.0

注意：在使用自然排序时只能向 TreeSet 集合中添加相同数据类型的对象，否则会抛出 ClassCastException 异常。如果向 TreeSet 集合中添加了一个 Double 类型的对象，则后面只能添加 Double 对象，不能再添加其他类型的对象，例如 String 对象等。

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