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Java 迭代接口:Iterator、ListIterator 和 Spliterator
1. 简介
当我们使用 for
或 while
循环来遍历一个集合的元素,Iterator
允许我们不用担心索引位置,甚至让我们不仅仅是遍历一个集合,同时还可以改变它。例如,你如果要删除循环中的元素,那么 for
循环不见得总是可行的。
结合自定义的迭代器,我们可以迭代更为复杂的对象,以及向前和向后移动,并且知晓如何利用其优势也将变得非常清楚。
本文将深入讨论如何使用 Iterator
和 Iterable
接口。
2. Iterator()
Iterator
接口用于迭代集合中的元素(List
,Set
或 Map
)。它用于逐个检索元素,并在需要时针对每个元素执行操作。
下面是用于遍历集合与执行操作的方法:
.hasNext()
:如果还没有到达集合的末尾,则返回true
,否则返回false
.next()
:返回集合中的下一个元素.remove()
:从集合中移除迭代器返回的最后一个元素.forEachRemaining()
:按顺序为集合中剩下的每个元素执行给定的操作
首先,由于迭代器是用于集合的,让我们做一个简单的包含几个元素的 ArrayList
:
List<String> avengers = new ArrayList<>();// Now lets add some Avengers to the list
avengers.add("Ant-Man");
avengers.add("Black Widow");
avengers.add("Captain America");
avengers.add("Doctor Strange");
我们可以使用一个简单循环来遍历这个集合:
System.out.println("Simple loop example:\n");
for (int i = 0; i < avengers.size(); i++) {System.out.println(avengers.get(i));
}
不过,我们想探索迭代器:
System.out.println("\nIterator Example:\n");// First we make an Iterator by calling
// the .iterator() method on the collection
Iterator<String> avengersIterator = avengers.iterator();// And now we use .hasNext() and .next() to go through it
while (avengersIterator.hasNext()) {System.out.println(avengersIterator.next());
}
如果我们想从这个 ArrayList
中删除一个元素,会发生什么?让我们试着使用常规的 for
循环:
System.out.println("Simple loop example:\n");
for (int i = 0; i < avengers.size(); i++) {if (avengers.get(i).equals("Doctor Strange")) {avengers.remove(i);}System.out.println(avengers.get(i));
}
我们会收到一个讨厌的 IndexOutOfBoundsException
:
Simple loop example:Ant-Man
Black Widow
Captain America
Exception in thread "main" java.lang.IndexOutOfBoundsException: Index: 3, Size: 3
这在遍历集合时更改其大小是有意义的,增强 for
循环也一样:
System.out.println("Simple loop example:\n");
for (String avenger : avengers) {if (avenger.equals("Doctor Strange")) {avengers.remove(avenger);}System.out.println(avenger);
}
我们再次收到了另一个异常:
Simple loop example:Ant-Man
Black Widow
Captain America
Doctor Strange
Exception in thread "main" java.util.ConcurrentModificationException
这时迭代器就派上用场了,由它充当中间人,从集合中删除元素,同时确保遍历按计划继续:
Iterator<String> avengersIterator = avengers.iterator();
while (avengersIterator.hasNext()) {String avenger = avengersIterator.next();// First we must find the element we wish to removeif (avenger.equals("Ant-Man")) {// This will remove "Ant-Man" from the original// collection, in this case a ListavengersIterator.remove();}
}
这是保证在遍历集合时删除元素的安全方法。
并确认该元素是否已被删除:
// We can also use the helper method .forEachRemaining()
System.out.println("For Each Remaining Example:\n");
Iterator<String> avengersIteratorForEach = avengers.iterator();// This will apply System.out::println to all elements in the collection
avengersIteratorForEach.forEachRemaining(System.out::println);
输出如下:
For Each Remaining Example:Black Widow
Captain America
Doctor Strange
正如你所看到的,蚁人已经从 复仇者联盟
的名单中删除了。
2.1. ListIterator()
ListIterator
继承自 Iterator
接口。它只在 List
上进行使用,可以双向迭代,这意味着你可以从前到后或从后到前进行迭代。它也没有 current 元素,因为游标总是放在 List
的两个元素之间,所以我们用 .previous()
或 .next()
来访问元素。
Iterator
和ListIterator
之间有什么区别呢?
首先,Iterator
可以用于 任意集合 —— List
、Map
、Queue
、Set
等。
ListIterator
只能应用于 List,通过添加这个限制,ListIterator
在方法方面可以更加具体,因此,我们引入了许多新方法,他们可以帮助我们在遍历时对其进行修改。
如果你正在处理 List
实现(ArrayList
、LinkedList
等),那么使用 ListIterator
更为可取一些。
下面是你可能会用到的方法:
.add(E e)
:向 List 中添加元素。.remove()
:从 List 中删除.next()
或.previous()
返回的最后一个元素。.set(E e)
:使用指定元素来覆盖 List.next()
或.previous()
返回的最后一个元素。.hasNext()
:如果还没有到达 List 的末尾,则返回true
,否则返回false
。.next()
:返回 List 中的下一个元素。.nextIndex()
:返回下一元素的下标。.hasPrevious()
:如果还没有到达 List 的开头,则返回true
,否则返回false
。.previous()
:返回 List 的上一个元素。.previousIndex()
:返回上一元素的下标。
再次,让我们用一些元素构成一个 ArrayList
:
ArrayList<String> defenders = new ArrayList<>();defenders.add("Daredevil");
defenders.add("Luke Cage");
defenders.add("Jessica Jones");
defenders.add("Iron Fist");
让我们用 ListIterator
来遍历 List 并打印其元素:
ListIterator listIterator = defenders.listIterator(); System.out.println("Original contents of our List:\n");
while (listIterator.hasNext()) System.out.print(listIterator.next() + System.lineSeparator());
显然,它的工作方式与 Iterator
相同。输出如下:
Original contents of our List: Daredevil
Luke Cage
Jessica Jones
Iron Fist
现在,让我们来尝试修改一些元素:
System.out.println("Modified contents of our List:\n");// Now let's make a ListIterator and modify the elements
ListIterator defendersListIterator = defenders.listIterator();while (defendersListIterator.hasNext()) {Object element = defendersListIterator.next();defendersListIterator.set("The Mighty Defender: " + element);
}
现在打印 List 的话会得到如下结果:
Modified contents of our List:The Mighty Defender: Daredevil
The Mighty Defender: Luke Cage
The Mighty Defender: Jessica Jones
The Mighty Defender: Iron Fist
现在,让我们倒着遍历列表,就像我们可以用 ListIterator
做的那样:
System.out.println("Modified List backwards:\n");
while (defendersListIterator.hasPrevious()) {System.out.println(defendersListIterator.previous());
}
输出如下:
Modified List backwards:The Mighty Defender: Iron Fist
The Mighty Defender: Jessica Jones
The Mighty Defender: Luke Cage
The Mighty Defender: Daredevil
3. Spliterator()
Spliterator
接口在功能上与 Iterator
相同。你可能永远不需要直接使用 Spliterator
,但让我们继续讨论一些用例。
但是,你应首先熟悉 Java Streams 和 Lambda Expressions in Java。
虽然我们将列出 Spliterator
拥有的所有方法,但是 Spliterator
接口的全部工作超出了本文的范畴。我们将通过一个例子讨论 Spliterator
如何使用并行化更有效地遍历我们可以分解的 Stream
。
我们在处理 Spliterator
时使用的方法是:
.characteristics()
: 返回该 Spliterator 具有的作为
int
值的特征。 这些包括:
ORDERED
DISTINCT
SORTED
SIZED
CONCURRENT
IMMUTABLE
NONNULL
SUBSIZED
.estimateSize()
:返回遍历作为long
值遇到的元素数量的估计值,如果无法返回则返回long.MAX_VALUE
。.forEachRemaining(E e)
:按顺序对集合中的每个剩余元素执行给定操作。.getComparator()
:如果该Spliterator
的源是由Comparator
排序的,其将返回Comparator
。.getExactSizeIfKnown()
:如果大小已知则返回.estimateSize()
,否则返回-1
。.hasCharacteristics(int characteristics)
:如果这个Spliterator
的.characteristics()
包含所有给定的特征,则返回true
。.tryAdvance(E e)
:如果存在剩余元素,则对其执行给定操作,返回true
,否则返回false
。.trySplit()
:如果这个Spliterator
可以被分区,返回一个Spliterator
覆盖元素,当从这个方法返回时,它将不被这个Spliterator
覆盖。
像往常一样,让我们从一个简单的 ArrayList
开始:
List<String> mutants = new ArrayList<>();mutants.add("Professor X");
mutants.add("Magneto");
mutants.add("Storm");
mutants.add("Jean Grey");
mutants.add("Wolverine");
mutants.add("Mystique");
现在,我们需要将 Spliterator
应用于 Stream
。值得庆幸的是,由于 Collections 框架,很容易在 ArrayList
和 Stream
之间进行转换:
// Obtain a Stream to the mutants List.
Stream<String> mutantStream = mutants.stream();// Getting Spliterator object on mutantStream.
Spliterator<String> mutantList = mutantStream.spliterator();
为了展示其中的一些方法,让我们分别运行下它们:
// .estimateSize() method
System.out.println("Estimate size: " + mutantList.estimateSize());// .getExactSizeIfKnown() method
System.out.println("\nExact size: " + mutantList.getExactSizeIfKnown());System.out.println("\nContent of List:");
// .forEachRemaining() method
mutantList.forEachRemaining((n) -> System.out.println(n));// Obtaining another Stream to the mutant List.
Spliterator<String> splitList1 = mutantStream.spliterator();// .trySplit() method
Spliterator<String> splitList2 = splitList1.trySplit();// If splitList1 could be split, use splitList2 first.
if (splitList2 != null) {System.out.println("\nOutput from splitList2:");splitList2.forEachRemaining((n) -> System.out.println(n));
}// Now, use the splitList1
System.out.println("\nOutput from splitList1:");
splitList1.forEachRemaining((n) -> System.out.println(n));
我们将得到输出:
Estimate size: 6Exact size: 6Content of List:
Professor X
Magneto
Storm
Jean Grey
Wolverine
MystiqueOutput from splitList2:
Professor X
Magneto
StormOutput from splitList1:
Jean Grey
Wolverine
Mystique
4. Iterable()
如果出于某种原因,我们想要创建一个自定义的 Iterator
接口,应该怎么办?你首先要熟悉的是这张图:
要创建自定义 Iterator
,我们需要为 .hasNext()
、.next()
和 .remove()
做自定义实现。
在 Iterator
接口中,有一个方法,它返回一个集合中元素的迭代器,即 .iterator()
方法,还有一个方法为迭代器中的每个元素执行一个操作的方法,即 .dorEach()
方法。
例如,假设我们是 Tony Stark,我们需要写个自定义迭代器来列出当前武器库中的每件钢铁侠套装。
首先,让我们创建一个类来获取和设置 suit 数据:
public class Suit {private String codename;private int mark;public Suit(String codename, int mark) {this.codename = codename;this.mark = mark;}public String getCodename() { return codename; }public int getMark() { return mark; }public void setCodename (String codename) {this.codename=codename;}public void setMark (int mark) {this.mark=mark;}public String toString() {return "mark: " + mark + ", codename: " + codename;}
}
接下来让我们编写自定义 Iterator:
// Our custom Iterator must implement the Iterable interface
public class Armoury implements Iterable<Suit> {// Notice that we are using our own class as a data typeprivate List<Suit> list = null;public Armoury() {// Fill the List with datalist = new LinkedList<Suit>();list.add(new Suit("HOTROD", 22));list.add(new Suit("SILVER CENTURION", 33));list.add(new Suit("SOUTHPAW", 34));list.add(new Suit("HULKBUSTER 2.0", 48));}public Iterator<Suit> iterator() {return new CustomIterator<Suit>(list);}// Here we are writing our custom Iterator// Notice the generic class E since we do not need to specify an exact classpublic class CustomIterator<E> implements Iterator<E> {// We need an index to know if we have reached the end of the collectionint indexPosition = 0;// We will iterate through the collection as a ListList<E> internalList;public CustomIterator(List<E> internalList) {this.internalList = internalList;}// Since java indexes elements from 0, we need to check against indexPosition +1// to see if we have reached the end of the collectionpublic boolean hasNext() {if (internalList.size() >= indexPosition +1) {return true;}return false;}// This is our custom .next() methodpublic E next() {E val = internalList.get(indexPosition);// If for example, we were to put here "indexPosition +=2" we would skip every // second element in a collection. This is a simple example but we could// write very complex code here to filter precisely which elements are// returned. // Something which would be much more tedious to do with a for or while loopindexPosition += 1;return val;}// In this example we do not need a .remove() method, but it can also be // written if required}
}
最后是 main 方法类:
public class IronMan {public static void main(String[] args) {Armoury armoury = new Armoury();// Instead of manually writing .hasNext() and .next() methods to iterate through // our collection we can simply use the advanced forloopfor (Suit s : armoury) {System.out.println(s);}}
}
输出如下:
mark: 22, codename: HOTROD
mark: 33, codename: SILVER CENTURION
mark: 34, codename: SOUTHPAW
mark: 48, codename: HULKBUSTER 2.0
5. 总结
本文中,我们详细讨论了如何使用 Java 中的迭代器,甚至写了一个定制的迭代器来探索 Iterable
接口的所有新的可能性。
我们还讨论了 Java 是如何利用 Stream 的并行化,使用 Spliterator
接口对集合的遍历进行内部优化。
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