Java集合框架(JCF：Java+Collections+Framework)之概述.doc

Java集合框架（JCF：JavaCollectionsFramework)之概述

一、集合论引述

集合论是现代数学中重要的基础理论。它的概念和方法已经渗透到代数、拓扑和分析等许多数学分支以及物理学和质点力学等一些自然科学部门，为这些学科提供了奠基的方法，改变了这些学科的面貌。计算机科学作为一门现代科学因其与数学的缘源，自然其中的许多概念也来自数学，集合是其中之一。如果说集合论的产生给数学注入了新的生机与活力，那么计算机科学中的集合概念给程序员的生活也注入了新的生机与活力。
1、什么是集合
很难给集合下一个精确的定义，通常情况下，把具有相同性质的一类东西，汇聚成一个整体，就可以称为集合。比如，用Java编程的所有程序员，全体中国人等。通常集合有两种表示法，一种是列举法，比如集合A＝｛1,2,3,4｝，另一种是性质描述法，比如集合B=｛X|0<X<100且X属于整数｝。集合论的奠基人康托尔在创建集合理论给出了许多公理和性质，这都成为后来集合在其它领域应用的基础，本文并不是讲述集合论的，所以如果你对集合论感兴趣，可以参考相关书籍。
２、什么是集合框架
那么有了集合的概念，什么是集合框架呢？集合框架是为表示和操作集合而规定的一种统一的标准的体系结构。任何集合框架都包含三大块内容：对外的接口、接口的实现和对集合运算的算法。

接口：即表示集合的抽象数据类型。接口提供了让我们对集合中所表示的内容进行单独操作的可能。

实现：也就是集合框架中接口的具体实现。实际它们就是那些可复用的数据结构。

算法：在一个实现了某个集合框架中的接口的对象身上完成某种有用的计算的方法，例如查找、排序等。这些算法通常是多态的，因为相同的方法可以在同一个接口被多个类实现时有不同的表现。事实上，算法是可复用的函数。
如果你学过C++，那C++中的标准模版库（STL）你应该不陌生，它是众所周知的集合框架的绝好例子。
3、集合框架对我们编程有何助益
到底集合框架对我们编程有什么好处呢？

它减少了程序设计的辛劳。集合框架通过提供有用的数据结构和算法使你能集中注意力于你的程序的重要部分上，而不是为了让程序能正常运转而将注意力于低层设计上。通过这些在无关API之间的简易的互用性，使你免除了为改编对象或转换代码以便联合这些API而去写大量的代码。

它提高了程序速度和质量。集合框架通过提供对有用的数据结构和算法的高性能和高质量的实现使你的程序速度和质量得到提高。因为每个接口的实现是可互换的，所以你的程序可以很容易的通过改变一个实现而进行调整。另外，你将可以从写你自己的数据结构的苦差事中解脱出来，从而有更多时间关注于程序其它部分的质量和性能。

减少去学习和使用新的API的辛劳。许多API天生的有对集合的存储和获取。在过去，这样的API都有一些子API帮助操纵它的集合内容，因此在那些特殊的子API之间就会缺乏一致性，你也不得不从零开始学习，并且在使用时也很容易犯错。而标准集合框架接口的出现使这个问题迎刃而解。

减少了设计新API的努力。设计者和实现者不用再在每次创建一种依赖于集合内容的API时重新设计，他们只要使用标准集合框架的接口即可。

集合框架鼓励软件的复用。对于遵照标准集合框架接口的新的数据结构天生即是可复用的。同样对于操作一个实现了这些接口的对象的算法也是如此。
有了这些优点，并通过合理的使用，它就会成为程序员的一种强大的工具。不过，从历史上来看，集合大多其结构相当复杂，也就给它们一个造成极不合理的学习曲线的坏名声。但是，希望Java2的集合框架能缩短你的学习曲线，从而快速掌握它。
在许多高级语言中的数组其实也是集合的一种简单实现，比如C,C++,Pascal和Java。在C中的数组的一种可能结构如下图所示：

数组保存着相同类型的多个值，它的长度在数组被创建时就固定下来，建立之后就无法改变。如果你需要一种大小能动态改变的存储结构，数组就不适合了，这时集合框架就有了用武之地了。

二、Java1.2之前的容器类库

其实在Java2之前，Java是没有完整的集合框架的。它只有一些简单的可以自扩展的容器类，比如Vector，Stack，Hashtable等。Vector中包含的元素可以通过一个整型的索引值取得，它的大小可以在添加或移除元素时自动增加或缩小。然而，Vector的设计却存在极多缺限（下面会说到）。Stack是一种后进先出（LIFO）的堆栈序列，学过数据结构的都会知道，它的重要特点是先放入的东西最后才能被取出。Hashtable与Java2中的Map类似，可以看成一种关联或映射数组，可以将两个或多个毫无关系的对象相关联，与数组不同的是它的大小可以动态变化。
Vector的操作很简单，通过addElement()加入一个对象，用elementAt()取