電腦程式的思維邏輯 (41)，思維41

電腦程式的思維邏輯 (41)，思維41

上節介紹了HashMap，提到了Set介面，Map介面的兩個方法keySet和entrySet返回的都是Set，本節，我們來看Set介面的一個重要實作類別HashSet。

與HashMap類似，字面上看，HashSet由兩個單片語成，Hash和Set，Set表示介面，實現Set介面也有多種方式，各有特點，HashSet實現的方式利用了Hash。

下面，我們先來看HashSet的用法，然後看實現原理，最後我們總結分析下HashSet的特點。

用法

Set介面

Set表示的是沒有重複元素、且不保證順序的容器介面，它擴充了Collection，但沒有定義任何新的方法，不過，對於其中的一些方法，它有自己的規範。

Set介面的完整定義為：

public interface Set<E> extends Collection<E> {    int size();    boolean isEmpty();    boolean contains(Object o);    Iterator<E> iterator();    Object[] toArray();    <T> T[] toArray(T[] a);    boolean add(E e);    boolean remove(Object o);    boolean containsAll(Collection<?> c);    boolean addAll(Collection<? extends E> c);    boolean retainAll(Collection<?> c);    boolean removeAll(Collection<?> c);    void clear();    boolean equals(Object o);    int hashCode();}

與Collection介面中定義的方法是一樣的，不過，一些方法有一些不同的規範要求。

添加元素

boolean add(E e);

如果集合中已經存在相同元素了，則不會改變集合，直接返回false，只有不存在時，才會添加，並返回true。

大量新增

boolean addAll(Collection<? extends E> c);

重複的元素不添加，不重複的添加，如果集合有變化，返回true，沒變化返回false。

迭代器

Iterator<E> iterator();

迭代遍曆時，不要求元素之間有特別的順序。HashSet的實現就是沒有順序，但有的Set實現可能會有特定的順序，比如TreeSet，我們後續章節介紹。

HashSet

與HashMap類似，HashSet的構造方法有：

public HashSet()public HashSet(int initialCapacity)public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor)public HashSet(Collection<? extends E> c)

initialCapacity和loadFactor的含義與HashMap中的是一樣的，待會我們再細看。

HashSet的使用也很簡單，比如：

Set<String> set = new HashSet<String>();set.add("hello");set.add("world");set.addAll(Arrays.asList(new String[]{"hello","老馬"}));for(String s : set){    System.out.print(s+" ");}

輸出為：

hello 老馬 world 

"hello"被添加了兩次，但只會儲存一份，輸出也沒有什麼特別的順序。

hashCode與equals

與HashMap類似，HashSet要求元素重寫hashCode和equals方法，且對兩個對象，equals相同，則hashCode也必須相同，如果元素是自訂的類，需要注意這一點。

比如說，有一個表示規格的類Spec，有大小和顏色兩個屬性：

class Spec {    String size;    String color;        public Spec(String size, String color) {        this.size = size;        this.color = color;    }    @Override    public String toString() {        return "[size=" + size + ", color=" + color + "]";    }}

看一個Spec的Set：

Set<Spec> set = new HashSet<Spec>();set.add(new Spec("M","red"));set.add(new Spec("M","red"));System.out.println(set);

輸出為：

[[size=M, color=red], [size=M, color=red]]

同一個規格輸出了兩次，為避免這一點，需要為Spec重寫hashCode和equals方法，利用IDE開發工具往往可以自動產生這兩個方法，比如Eclipse中，可以通過"Source"->"Generate hashCode() and equals() ..."，我們就不贅述了。

應用情境

HashSet有很多應用情境，比如說：

• 排重，如果對排重後的元素沒有順序要求，則HashSet可以方便的用於排重。
• 儲存特殊值，Set可以用於儲存各種特殊值，程式處理使用者請求或資料記錄時，根據是否為特殊值，進行特殊處理，比如儲存IP地址的黑名單或白名單。
• 集合運算，使用Set可以方便的進行數學集合中的運算，如交集、並集等運算，這些運算有一些很現實的意義。比如使用者標籤計算，每個使用者都有一些標籤，兩個使用者的標籤交集就表示他們的共同特徵，交集大小除以並集大小可以表示他們的相似長度。

實現原理

內部組成

HashSet內部是用HashMap實現的，它內部有一個HashMap執行個體變數，如下所示：

private transient HashMap<E,Object> map;

我們知道，Map有鍵和值，HashSet相當於只有鍵，值都是相同的固定值，這個值的定義為：

private static final Object PRESENT = new Object();

理解了這個內部組成，它的實現方法也就比較容易理解了，我們來看下代碼。

構造方法

HashSet的構造方法，主要就是調用了對應的HashMap的構造方法，比如：

public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {    map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);}public HashSet(int initialCapacity) {    map = new HashMap<>(initialCapacity);}public HashSet() {    map = new HashMap<>();}

接受Collection參數的構造方法稍微不一樣，代碼為：

public HashSet(Collection<? extends E> c) {    map = new HashMap<>(Math.max((int) (c.size()/.75f) + 1, 16));    addAll(c);}

也很容易理解，c.size()/.75f用於計算initialCapacity，0.75f是loadFactor的預設值。

添加元素

我們看add方法的代碼：

public boolean add(E e) {    return map.put(e, PRESENT)==null;}

就是調用map的put方法，元素e用於鍵，值就是那個固定值PRESENT，put返回null表示原來沒有對應的鍵，添加成功了。HashMap中一個鍵只會儲存一份，所以重複添加HashMap不會變化。

檢查是否包含元素

代碼為：

public boolean contains(Object o) {    return map.containsKey(o);}

就是檢查map中是否包含對應的鍵。

刪除元素

代碼為：

public boolean remove(Object o) {    return map.remove(o)==PRESENT;}

就是調用map的remove方法，傳回值為PRESENT表示原來有對應的鍵且刪除成功了。

迭代器

代碼為：

public Iterator<E> iterator() {    return map.keySet().iterator();}

就是返回map的keySet的迭代器。

HashSet特點分析

HashSet實現了Set介面，內部是通過HashMap實現的，這決定了它有如下特點：

• 沒有重複元素
• 可以高效的添加、刪除元素、判斷元素是否存在，效率都為O(1)。
• 沒有順序

如果需求正好符合這些特點，那HashSet就是一個理想的選擇。

小結

本節介紹了HashSet的用法和實現原理，它實現了Set介面，不含重複元素，內部實現利用了HashMap，可以方便高效地實現如去重、集合運算等功能。

同HashMap一樣，HashSet沒有順序，如果要保持添加的順序，可以使用HashSet的一個子類LinkedHashSet。Set還有一個重要的實作類別，TreeSet，它可以排序。這兩個類，我們留待後續章節介紹。

HashMap和HashSet的共同實現機制是雜湊表，Map和Set還有一個重要的共同實現機制，樹，實作類別分別是TreeMap和TreeSet，讓我們在接下來的兩節中探討。

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