Scala 系列（五）—— 集合类型综述

一、集合简介

Scala中拥有多种集合类型，主要分为可变的和不可变的集合两大类：

可变集合：可以被修改。即可以更改，添加，删除集合中的元素；
不可变集合类：不能被修改。对集合执行更改，添加或删除操作都会返回一个新的集合，而不是修改原来的集合。

二、集合结构

Scala中的大部分集合类都存在三类变体，分别位于scala.collection, scala.collection.immutable, scala.collection.mutable包中。还有部分集合类位于scala.collection.generic包下。

scala.collection.immutable ：包是中的集合是不可变的；
scala.collection.mutable ：包中的集合是可变的；
scala.collection ：包中的集合，既可以是可变的，也可以是不可变的。

val sortSet = scala.collection.SortedSet(1, 2, 3, 4, 5)
val mutableSet = collection.mutable.SortedSet(1, 2, 3, 4, 5)
val immutableSet = collection.immutable.SortedSet(1, 2, 3, 4, 5)

如果你仅写了Set 而没有加任何前缀也没有进行任何import，则Scala默认采用不可变集合类。

scala> Set(1,2,3,4,5)
res0: scala.collection.immutable.Set[Int] = Set(5, 1, 2, 3, 4)

3.1 scala.collection

scala.collection包中所有集合如下图：

3.2 scala.collection.mutable

scala.collection.mutable包中所有集合如下图：

3.2 scala.collection.immutable

scala.collection.immutable包中所有集合如下图：

三、Trait Traversable

Scala中所有集合的顶层实现是Traversable 。它唯一的抽象方法是foreach：

def foreach[U](f: Elem => U)

实现Traversable的集合类只需要实现这个抽象方法，其他方法可以从Traversable继承。Traversable中的所有可用方法如下：

方法	作用
Abstract Method:
`xs foreach f`	为 xs 的每个元素执行函数 f
Addition:
`xs ++ ys`	一个包含 xs 和 ys 中所有元素的新的集合。 ys 是一个 Traversable 或 Iterator。
Maps:
`xs map f`	对 xs 中每一个元素应用函数 f，并返回一个新的集合
`xs flatMap f`	对 xs 中每一个元素应用函数 f，最后将结果合并成一个新的集合
`xs collect f`	对 xs 中每一个元素调用偏函数 f，并返回一个新的集合
Conversions:
`xs.toArray`	将集合转化为一个 Array
`xs.toList`	将集合转化为一个 List
`xs.toIterable`	将集合转化为一个 Iterable
`xs.toSeq`	将集合转化为一个 Seq
`xs.toIndexedSeq`	将集合转化为一个 IndexedSeq
`xs.toStream`	将集合转化为一个延迟计算的流
`xs.toSet`	将集合转化为一个 Set
`xs.toMap`	将一个（key, value）对的集合转化为一个Map。如果当前集合的元素类型不是（key, value）对形式，则报静态类型错误。
Copying:
`xs copyToBuffer buf`	拷贝集合中所有元素到缓存 buf
`xs copyToArray(arr,s,n)`	从索引 s 开始，将集合中最多 n 个元素复制到数组 arr。最后两个参数是可选的。
Size info:
`xs.isEmpty`	判断集合是否为空
`xs.nonEmpty`	判断集合是否包含元素
`xs.size`	返回集合中元素的个数
`xs.hasDefiniteSize`	如果 xs 具有有限大小，则为真。
Element Retrieval:
`xs.head`	返回集合中的第一个元素（如果无序，则随机返回）
`xs.headOption`	以 Option 的方式返回集合中的第一个元素，如果集合为空则返回 None
`xs.last`	返回集合中的最后一个元素（如果无序，则随机返回）
`xs.lastOption`	以 Option 的方式返回集合中的最后一个元素，如果集合为空则返回 None
`xs find p`	以 Option 的方式返回满足条件 p 的第一个元素，如果都不满足则返回 None
Subcollection:
`xs.tail`	除了第一个元素之外的其他元素组成的集合
`xs.init`	除了最后一个元素之外的其他元素组成的集合
`xs slice (from, to)`	返回给定索引范围之内的元素组成的集合（包含 from 位置的元素但不包含 to 位置的元素）
`xs take n`	返回 xs 的前n个元素组成的集合（如果无序，则返回任意n个元素）
`xs drop n`	返回 xs 的后n个元素组成的集合（如果无序，则返回任意n个元素）
`xs takeWhile p`	从第一个元素开始查找满足条件 p 的元素，直到遇到一个不满足条件的元素，返回所有遍历到的值。
`xs dropWhile p`	从第一个元素开始查找满足条件 p 的元素，直到遇到一个不满足条件的元素，返回所有未遍历到的值。
`xs filter p`	返回满足条件 p 的所有元素的集合
`xs withFilter p`	集合的非严格的过滤器。后续对 xs 调用方法 map、flatMap 以及 withFilter 都只用作于满足条件 p 的元素，而忽略其他元素
`xs filterNot p`	返回不满足条件 p 的所有元素组成的集合
Subdivisions:
`xs splitAt n`	在给定位置拆分集合，返回一个集合对 (xs take n, xs drop n)
`xs span p`	根据给定条件拆分集合，返回一个集合对(xs takeWhile p, xs dropWhile p)。即遍历元素，直到遇到第一个不符合条件的值则结束遍历，将遍历到的值和未遍历到的值分别放入两个集合返回。
`xs partition p`	按照筛选条件对元素进行分组
`xs groupBy f`	根据鉴别器函数 f 将 xs 划分为集合映射
Element Conditions:
`xs forall p`	判断集合中所有的元素是否都满足条件 p
`xs exists p`	判断集合中是否存在一个元素满足条件 p
`xs count p`	xs 中满足条件 p 的元素的个数
Folds:
`(z /: xs) (op)`	以 z 为初始值，从左到右对 xs 中的元素执行操作为 op 的归约操作
`(xs :\ z) (op)`	以 z 为初始值，从右到左对 xs 中的元素执行操作为 op 的归约操作
`xs.foldLeft(z) (op)`	同 (z /: xs) (op)
`xs.foldRight(z) (op)`	同 (xs : z) (op)
`xs reduceLeft op`	从左到右对 xs 中的元素执行操作为 op 的归约操作
`xs reduceRight op`	从右到左对 xs 中的元素执行操作为 op 的归约操作
Specific Folds:
`xs.sum`	累计求和
`xs.product`	累计求积
`xs.min`	xs 中的最小值
`xs.max`	xs 中的最大值
String:
`xs addString (b, start, sep, end)`	向 StringBuilder b 中添加一个字符串，该字符串包含 xs 的所有元素。start、seq 和 end 都是可选的，seq 为分隔符，start 为开始符号，end 为结束符号。
`xs mkString (start, seq, end)`	将集合转化为一个字符串。start、seq 和 end 都是可选的，seq 为分隔符，start 为开始符号，end 为结束符号。
`xs.stringPrefix`	返回 xs.toString 字符串开头的集合名称
Views:
`xs.view`	生成 xs 的视图
`xs view (from, to)`	生成 xs上指定索引范围内元素的视图

下面为部分方法的使用示例：

scala> List(1, 2, 3, 4, 5, 6).collect { case i if i % 2 == 0 => i * 10 }
res0: List[Int] = List(20, 40, 60)

scala> List(1, 2, 3, 4, 5, 6).withFilter(_ % 2 == 0).map(_ * 10)
res1: List[Int] = List(20, 40, 60)

scala> (10 /: List(1, 2, 3)) (_ + _)
res2: Int = 16

scala> List(1, 2, 3, -4, 5) takeWhile (_ > 0)
res3: List[Int] = List(1, 2, 3)

scala> List(1, 2, 3, -4, 5) span (_ > 0)
res4: (List[Int], List[Int]) = (List(1, 2, 3),List(-4, 5))

scala> List(1, 2, 3).mkString("[","-","]")
res5: String = [1-2-3]

四、Trait Iterable

Scala中所有的集合都直接或者间接实现了Iterable特质，Iterable拓展自Traversable，并额外定义了部分方法：

方法	作用
Abstract Method:
`xs.iterator`	返回一个迭代器，用于遍历 xs 中的元素，与foreach遍历元素的顺序相同。
Other Iterators:
`xs grouped size`	返回一个固定大小的迭代器
`xs sliding size`	返回一个固定大小的滑动窗口的迭代器
Subcollections:
`xs takeRigtht n`	返回 xs 中最后 n 个元素组成的集合（如果无序，则返回任意 n 个元素组成的集合）
`xs dropRight n`	返回 xs 中除了最后 n 个元素外的部分
Zippers:
`xs zip ys`	返回 xs 和 ys 的对应位置上的元素对组成的集合
`xs zipAll (ys, x, y)`	返回 xs 和 ys 的对应位置上的元素对组成的集合。其中较短的序列通过附加元素 x 或 y 来扩展以匹配较长的序列。
`xs.zipWithIndex`	返回一个由 xs 中元素及其索引所组成的元素对的集合
Comparison:
`xs sameElements ys`	测试 xs 和 ys 是否包含相同顺序的相同元素

所有方法的使用示例如下：

scala> List(1, 2, 3).iterator.reduce(_ * _ * 10)
res0: Int = 600

scala> List("a","b","c","d","e") grouped 2 foreach println
List(a, b)
List(c, d)
List(e)

scala> List("a","b","c","d","e") sliding 2 foreach println
List(a, b)
List(b, c)
List(c, d)
List(d, e)

scala>  List("a","b","c","d","e").takeRight(3)
res1: List[String] = List(c, d, e)

scala> List("a","b","c","d","e").dropRight(3)
res2: List[String] = List(a, b)

scala> List("a","b","c").zip(List(1,2,3))
res3: List[(String, Int)] = List((a,1), (b,2), (c,3))

scala> List("a","b","c","d").zipAll(List(1,2,3),"",4)
res4: List[(String, Int)] = List((a,1), (b,2), (c,3), (d,4))

scala> List("a","b","c").zipAll(List(1,2,3,4),"d","")
res5: List[(String, Any)] = List((a,1), (b,2), (c,3), (d,4))

scala> List("a", "b", "c").zipWithIndex
res6: List[(String, Int)] = List((a,0), (b,1), (c,2))

scala> List("a", "b") sameElements List("a", "b")
res7: Boolean = true

scala> List("a", "b") sameElements List("b", "a")
res8: Boolean = false

五、修改集合

当你想对集合添加或者删除元素，需要根据不同的集合类型选择不同的操作符号：

操作符	描述	集合类型
coll(k) 即coll.apply(k)	获取指定位置的元素	Seq, Map
coll :+ elem elem +: coll	向集合末尾或者集合头增加元素	Seq
coll + elem coll + (e1, e2, ...)	追加元素	Seq, Map
coll - elem coll - (e1, e2, ...)	删除元素	Set, Map, ArrayBuffer
coll ++ coll2 coll2 ++: coll	合并集合	Iterable
coll -- coll2	移除coll中包含的coll2中的元素	Set, Map, ArrayBuffer
elem :: lst lst2 :: lst	把指定列表(lst2)或者元素(elem)添加到列表(lst)头部	List
list ::: list2	合并List	List
set \| set2 set & set2 set &~ set2	并集、交集、差集	Set
coll += elem coll += (e1, e2, ...) coll ++= coll2 coll -= elem coll -= (e1, e2, ...) coll --= coll2	添加或者删除元素，并将修改后的结果赋值给集合本身	可变集合
elem +=: coll coll2 ++=: coll	在集合头部追加元素或集合	ArrayBuffer

参考资料

更多大数据系列文章可以参见个人 GitHub 开源项目：程序员大数据入门指南