Java——（四）Collection之Set集合TreeSet类

------Java培训、Android培训、iOS培训、.Net培训、期待与您交流！ -------

TreeSet类

　　TreeSet是SortedSet接口的实现类，正如SortedSet名字所暗示的，TreeSet可以确保集合

元素处于排序状态。与HashSet集合相比，TreeSet还提供了如下几个额外的方法。

1）Comparator comparator():

2)Object first():

3)Object last():

4)Object lower(Object o):

5)Object higher(Object 0):

6)SortedSet subSet(fromElemnet, toElement):

7)SortedSet headSet(toElement):返回此Set的子集，由小于toElement的元素组成。

8)SortedSet tailSet(fromElement):返回此Set的子集，由大于或等于fromElement的元素组成。

下面出现测试了TreeSet的通用用法：

 import java.util.TreeSet;

 public class TreeSetTest {

     public static void main(String[] args) {

         TreeSet numsSet = new TreeSet<>();
         //向TreeSet中添加四个Integer对象
         numsSet.add(5);
         numsSet.add(2);
         numsSet.add(10);
         numsSet.add(-2);
         //输出集合元素，看到集合元素已经处于排序状态
         System.out.println(numsSet);
         //输出集合里的第一个元素
         System.out.println(numsSet.first());
         //输出集合里的最后一个元素
         System.out.println(numsSet.last());
         //返回小于4的子集，不包含4
         System.out.println(numsSet.headSet(4));
         //返回大于5的子集，如果、set中包含5，子集中也包含5
         System.out.println(numsSet.tailSet(5));
         //返回大于等于-3、小于4的子集
         System.out.println(numsSet.subSet(-3, 4));
     }

 }

运行结果：

[-2, 2, 5, 10]
-2
10
[-2, 2]
[5, 10]
[-2, 2]

　　与HashSet集合采用hash算法来决定因素的存储位置不同，TreeSet采用红黑树的数据结构

来存储集合元素。TreeSet支持两种排序方法：自然排序和定制排序。默认情况下采用自然排序。

1.自然排序

　　TreeSet会调用集合元素的Comparable接口中的compareTo(Object obj)方法来比较元素

之间的大小关系，然后将集合元素按升序排列。当一个对象调用该方法与另一个对象进行比较时，

例如obj1.compareTo(obj2)，如果该方法返回0，则表明这两个对象相等；如果该方法返回一个

正数，则表明obj1大于obj2；如果该方法返回一个负数，则表明obj1小于obj2.

下面是实现了Comparable接口的常用类：

BigDecimal、BigInteger以及所有的数值型对应的包装类：按它们对应的数值大小进行比较。

• Character：按字符的UNICODE值进行比较。
• Boolean：true对应的包装类实例大于false对应的包装类实例。
• String：按字符串中的字符UNICODE值进行比较。
• Date、Time：后面的时间、日期比前面的时间、日期大。

　　如果试图把一个对象添加到TreeSet时，则该对象的类必须实现Comparable接口，否则则程

序将会抛出异常。下面程序师范了这个错误。

 import java.util.TreeSet;

 class Err{

 }

 public class TreeSetErrorTest {

     public static void main(String[] args) {

         TreeSet tSet =new TreeSet<>();
         //向TreeSet集合中添加两个Err对象
         tSet.add(new Err());
         tSet.add(new Err());
     }

 }

运行结果：

 Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: Err cannot be cast to java.lang.Comparable
     at java.util.TreeMap.compare(Unknown Source)
     at java.util.TreeMap.put(Unknown Source)
     at java.util.TreeSet.add(Unknown Source)
     at TreeSetErrorTest.main(TreeSetErrorTest.java:13)

　　上面程序试图向TreeSet集合中添加两个Err对象，添加第一个对象时，TreeSet里没有任何

因素，所以不会出现任何问题；当添加第二个Err对象时，TreeSet就会调用该对象的

ComparaTo(Object obj)方法与集合中的其他因素进行比较——如果其对应的类没有实现

Comparable接口则会引发ClassCastException异常。因此。上面程序将会在添加第二个对象的

时候引发该异常。当试图从TreeSet中取出因素时，由于第一个元素没有实现Comparable接口，

因此也会引发ClassCastException异常。

　　大部分类在实现compareTo(Object obj)方法时，都需要将比较对象obj强制转换成相同类型

，因为只有相同类型的两个实例次啊会比较大小。当试图把一个对象添加到TreeSet集合时，

TreeSet会调用该对象的compareTo(Object obj)方法与集合中的其他因素进行比较——这就是要

求集合中的其他因素与该因素时同一个类的实例。也就是说，向TreeSet中添加的应该是同一个类

的对象，否则也会引发ClassCastException异常。

下面程序示范了这个错误。

 import java.util.Date;
 import java.util.TreeSet;

 public class TreeSetErrorTest2 {

     public static void main(String[] args) {

         TreeSet tSet = new TreeSet<>();
         tSet.add(new String("黑马程序员"));
         tSet.add(new Date());
     }

 }

运行结果：

Exception in thread "main" java.lang.ClassCastException: java.lang.String cannot be cast to java.util.Date
    at java.util.Date.compareTo(Unknown Source)
    at java.util.TreeMap.put(Unknown Source)
    at java.util.TreeSet.add(Unknown Source)
    at TreeSetErrorTest2.main(TreeSetErrorTest2.java:11)

上面程序先向TreeSet集合中添加了一个字符串对象，这个操作完全正确。当添加第二个Date对

象时，TreeSet就会调用该对象的compareTo(Object obj)方法与集合中的其他因素进行比较

——Date对象的compareTo(Object obj)方法无法与字符串对象比较大小，所以上面程序将在

添加Date对象时引发异常。

　　如果是向TreeSet中添加的对象是程序员自定义类的对象，则可以向TreeSet中添加多种类型

的对象，前提是用户自定义类实现了Comparable接口，实现该接口实现的compareTo(Object obj)

方法没有进行强制类型转换。但当试图取出TreeSet里的集合数据时，不同类型的元素依然会发生

ClassCastException异常。

　　当把一个对象加入TreeSet集合中时，TreeSet调用该对象的compareTo(Object obj)方法与

容器中的其他对象比较大小，然后根据红黑树结构找到它的存储位置。如果两个对象通过

compareTo(Object obj)方法比较相等，新对象将无法添加到TreeSet集合中。他判断两个对象是否

相等的唯一标准是：两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较是否返回0——如果通过

compareTo(Object obj)方法比较返回0，TreeSet则会认为它们相等；否则就认为它们不相等。

示例：

 import java.util.TreeSet;

 class Z implements Comparable{
     int age;
     public Z(int age){
         this.age = age;
     }
     //重写equals()方法
     @Override
     public boolean equals(Object obj) {

         return true;
     }
     @Override
     public int compareTo(Object obj) {

         return 1;
     }
 }
 public class TreeSetTest2 {

     public static void main(String[] args) {

         TreeSet set = new TreeSet<>();
         Z z1 = new Z(6);
         set.add(z1);
         //输出true，表明添加成功
         System.out.println(set.add(z1));
         //输出set集合，将看到有两个变量
         System.out.println(set);
         //修改set集合的第一个元素的age变量
         ((Z)(set.first())).age = 9;
         //输出set集合的最后一个元素的age变量，将看到也变成了9
         System.out.println(((Z)(set.first())).age);
     }

 }

运行结果：

true
[Z@717e5fde, Z@717e5fde]
9

　　程序中把同一对象再次添加到TreeSet集合中，因为z1对象的compareTo(Object obj)方法

总是返回1，虽然它的equals()方法总是返回true，但TreeSet会认为z1对象和它自己也不相等，

因此TreeSet可以添加两个z1对象。下图显示了TreeSet及Z对象在内存中的存储示意图。

从图中可以看到TreeSet对象保存的两个对象，实际上是同一元素。

如果把重写的compareTo(Object obj)方法中的返回值改为1，则运行结果如下：

false
[Z@39fc0f04]
9

如果向TreeSet中添加一个可变对象后，并且后面程序修改了该可变对象的Field，这将导致它与

其他对象的大小顺序发生了改变，但TreeSet不会再次调整它们的顺序，甚至可能导致TreeSet

中保存的这两个对象通过compareTo(Object obj)方法比较返回0.下面程序演示了这种情况。

 import java.util.TreeSet;

 class M implements Comparable {

     int count;

     public M(int count) {
         this.count = count;
     }

     @Override
     public String toString() {

         return "M[count:" + count + "]";
     }
     @Override
     public boolean equals(Object obj) {

         if (this == obj) {
             return true;
         }
         if (obj != null && obj.getClass() == M.class) {
             M m = (M)obj;
             if (m.count == this.count) {
                 return true;
             }
         }
         return false;
     }
     //重写compareTo()方法，根据count来比较大小
     @Override
     public int compareTo(Object obj) {

         M m = (M) obj;
         return count > m.count ? 1 : count < m.count ? -1 : 0;
     }

 }

 public class TreeSetTest3 {

     public static void main(String[] args) {

         TreeSet tsSet = new TreeSet<>();
         tsSet.add(new M(5));
         tsSet.add(new M(-3));
         tsSet.add(new M(9));
         tsSet.add(new M(-2));
         //打印TreeSet集合，集合元素是有序排列的
         System.out.println(tsSet);
         //取出第一个元素的count值
         M firstM = (M)tsSet.first();
         //对第一个元素赋值
         firstM.count = 20;
         //取出最后一个元素
         M lastM = (M)tsSet.last();
         //对最后一个元素的count值赋值，与第二个元素的count值相同
         lastM.count = -2;
         //输出可以看到TreeSet集合里的元素处于无序状态，且有重复元素
         System.out.println(tsSet);
         //删除Field被改变的元素，删除失败
         System.out.println(tsSet.remove(new M(-2)));
         System.out.println(tsSet);
         //删除field没有改变的元素，删除成功
         System.out.println(tsSet.remove(new M(5)));
         System.out.println(tsSet);
     }

 }

运行结果：

[M[count:-3], M[count:-2], M[count:5], M[count:9]]
[M[count:20], M[count:-2], M[count:5], M[count:-2]]
false
[M[count:20], M[count:-2], M[count:5], M[count:-2]]
true
[M[count:20], M[count:-2], M[count:-2]]

上面程序中的M对象对应的类正常重写了equals()方法和compareTo()方法，这两个方法都以M

对象的count实例变量作为判断的依据。当改变TreeSet集合了可变元素的Field，再试图删除该对

象时，TreeSet会删除失败，所以删除count为-2的M对象时，没有元素被删除；当删除count为5

的M对象时，可以看到元素被删除，这表明TreeSet可以删除没有被修改的Field，且不与其他被修

改Field的对象重复的对象。

2.定制排序

　　TreeSet的自然排序是根据集合元素的大小，TreeSet将它们一升序排序。如果需要实现定制

排序，例如以降序排列，则可以通过Comparator接口的帮助。该接口里包含了一个int compare

(T o1, T o2)方法，该方法用于比较o1和o2的大小：如果该方法返回正整数，则表明o1大于o2；

如果该方法返回0，则表明o1等于o2；如果该方法返回负整数，则表明o1小于o2。

　　实现定制排序，则需要在创建TreeSet集合对象时，提供一个Comparator对象与该TreeSet

集合关联，由该Comparator对象负责集合元素的排序。

 import java.util.Comparator;
 import java.util.TreeSet;

 class C {
     int age;

     public C(int age) {
         this.age = age;
     }

     @Override
     public String toString() {

         return "C[age:" + age + "]";
     }
 }

 public class TreeSetTest4 {

     public static void main(String[] args) {

         TreeSet tSet = new TreeSet<>(new Comparator() {
             @Override
             public int compare(Object o1, Object o2) {
                 C c1 = (C) o1;
                 C c2 = (C) o2;
                 return c1.age > c2.age ? -1 : c1.age < c2.age ? 1 : 0;
             }
         });
         tSet.add(new C(5));
         tSet.add(new C(-3));
         tSet.add(new C(9));
         System.out.println(tSet);
     }

 }

运行结果：

[C[age:9], C[age:5], C[age:-3]]