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Java中的Hashtable

王朝java/jsp·作者佚名  2008-05-31
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Vector答应我们用一个数字从一系列对象中作出选择,所以它实际是将数字同对象关联起来了。但假如我们想根据其他标准选择一系列对象呢?堆栈就是这样的一个例子:它的选择标准是“最后压入堆栈的东西”。这种“从一系列对象中选择”的概念亦可叫作一个“映射”、“字典”或者“关联数组”。从概念上讲,它看起来象一个Vector,但却不是通过数字来查找对象,而是用另一个对象来查找它们!这通常都属于一个程序中的重要进程。

在Java中,这个概念具体反映到抽象类Dictionary身上。该类的接口是非常直观的size()告诉我们其中包含了多少元素;isEmpty()判定是否包含了元素(是则为true);put(Object key, Object value)添加一个值(我们希望的东西),并将其同一个键关联起来(想用于搜索它的东西);get(Object key)获得与某个键对应的值;而remove(Object Key)用于从列表中删除“键-值”对。还可以使用枚举技术:keys()产生对键的一个枚举(Enumeration);而elements()产生对所有值的一个枚举。这便是一个Dictionary(字典)的全部。

Dictionary的实现过程并不麻烦。下面列出一种简单的方法,它使用了两个Vector,一个用于容纳键,另一个用来容纳值:

//: AssocArray.java

// Simple version of a Dictionary

import java.util.*;

public class AssocArray extends Dictionary {

private Vector keys = new Vector();

private Vector values = new Vector();

public int size() { return keys.size(); }

public boolean isEmpty() {

return keys.isEmpty();

}

public Object put(Object key, Object value) {

keys.addElement(key);

values.addElement(value);

return key;

}

public Object get(Object key) {

int index = keys.indexOf(key);

// indexOf() Returns -1 if key not found:

if(index == -1) return null;

return values.elementAt(index);

}

public Object remove(Object key) {

int index = keys.indexOf(key);

if(index == -1) return null;

keys.removeElementAt(index);

Object returnval = values.elementAt(index);

values.removeElementAt(index);

return returnval;

}

public Enumeration keys() {

return keys.elements();

}

public Enumeration elements() {

return values.elements();

}

// Test it:

public static void main(String[] args) {

AssocArray aa = new AssocArray();

for(char c = 'a'; c

aa.put(String.valueOf(c),

String.valueOf(c)

.toUpperCase());

char[] ca = { 'a', 'e', 'i', 'o', 'u' };

for(int i = 0; i

System.out.println("Uppercase: " +

aa.get(String.valueOf(ca[i])));

}

} ///:~

在对AssocArray的定义中,我们注重到的第一个问题是它“扩展”了字典。这意味着AssocArray属于Dictionary的一种类型,所以可对其发出与Dictionary一样的请求。假如想生成自己的Dictionary,而且就在这里进行,那么要做的全部事情只是填充位于Dictionary内的所有方法(而且必须覆盖所有方法,因为它们——除构建器外——都是抽象的)。

Vector key和value通过一个标准索引编号链接起来。也就是说,假如用“roof”的一个键以及“blue”的一个值调用put()——假定我们预备将一个房子的各部分与它们的油漆颜色关联起来,而且AssocArray里已有100个元素,那么“roof”就会有101个键元素,而“blue”有101个值元素。而且要注重一下get(),假如我们作为键传递“roof”,它就会产生与keys.index.Of()的索引编号,然后用那个索引编号生成相关的值矢量内的值。

main()中进行的测试是非常简单的;它只是将小写字符转换成大写字符,这显然可用更有效的方式进行。但它向我们揭示出了AssocArray的强大功能。

标准Java库只包含Dictionary的一个变种,名为Hashtable(散列表,注释③)。Java的散列表具有与AssocArray相同的接口(因为两者都是从Dictionary继续来的)。但有一个方面却反映出了差别:执行效率。若仔细想想必须为一个get()做的事情,就会发现在一个Vector里搜索键的速度要慢得多。但此时用散列表却可以加快不少速度。不必用冗长的线性搜索技术来查找一个键,而是用一个非凡的值,名为“散列码”。散列码可以获取对象中的信息,然后将其转换成那个对象“相对唯一”的整数(int)。所有对象都有一个散列码,而hashCode()是根类Object的一个方法。Hashtable获取对象的hashCode(),然后用它快速查找键。这样可使性能得到大幅度提升(④)。散列表的具体工作原理已超出了本书的范围(⑤)——大家只需要知道散列表是一种快速的“字典”(Dictionary)即可,而字典是一种非常有用的工具。

③:如计划使用RMI(在第15章详述),应注重将远程对象置入散列表时会碰到一个问题(参阅《Core Java》,作者Conrell和Horstmann,Prentice-Hall 1997年出版)

④:如这种速度的提升仍然不能满足你对性能的要求,甚至可以编写自己的散列表例程,从而进一步加快表格的检索过程。这样做可避免在与Object之间进行造型的时间延误,也可以避开由Java类库散列表例程内建的同步过程。

⑤:我的知道的最佳参考读物是《Practical Algorithms for Programmers》,作者为Andrew Binstock和John Rex,Addison-Wesley 1995年出版。

作为应用散列表的一个例子,可考虑用一个程序来检验Java的Math.random()方法的随机性到底如何。在理想情况下,它应该产生一系列完美的随机分布数字。但为了验证这一点,我们需要生成数量众多的随机数字,然后计算落在不同范围内的数字多少。散列表可以极大简化这一工作,因为它能将对象同对象关联起来(此时是将Math.random()生成的值同那些值出现的次数关联起来)。如下所示:

//: Statistics.java

// Simple demonstration of Hashtable

import java.util.*;

class Counter {

int i = 1;

public String toString() {

return Integer.toString(i);

}

}

class Statistics {

public static void main(String[] args) {

Hashtable ht = new Hashtable();

for(int i = 0; i

// ProdUCe a number between 0 and 20:

Integer r =

new Integer((int)(Math.random() * 20));

if(ht.containsKey(r))

((Counter)ht.get(r)).i++;

else

ht.put(r, new Counter());

}

System.out.println(ht);

}

} ///:~

在main()中,每次产生一个随机数字,它都会封装到一个Integer对象里,使句柄能够随同散列表一起使用(不可对一个集合使用基本数据类型,只能使用对象句柄)。containKey()方法检查这个键是否已经在集合里(也就是说,那个数字以前发现过吗?)若已在集合里,则get()方法获得那个键关联的值,此时是一个Counter(计数器)对象。计数器内的值i随后会增加1,表明这个特定的随机数字又出现了一次。

假如键以前尚未发现过,那么方法put()仍然会在散列表内置入一个新的“键-值”对。在创建之初,Counter会自己的变量i自动初始化为1,它标志着该随机数字的第一次出现。

为显示散列表,只需把它简单地打印出来即可。Hashtable toString()方法能遍历所有键-值对,并为每一对都调用toString()。Integer toString()是事先定义好的,可看到计数器使用的toString。一次运行的结果(添加了一些换行)如下:

{19=526, 18=533, 17=460, 16=513, 15=521, 14=495,

13=512, 12=483, 11=488, 10=487, 9=514, 8=523,

7=497, 6=487, 5=480, 4=489, 3=509, 2=503, 1=475,

0=505}

大家或许会对Counter类是否必要感到迷惑,它看起来似乎根本没有封装类Integer的功能。为什么不用int或Integer呢?事实上,由于所有集合能容纳的仅有对象句柄,所以根本不可以使用整数。学过集合后,封装类的概念对大家来说就可能更轻易理解了,因为不可以将任何基本数据类型置入集合里。然而,我们对Java封装器能做的唯一事情就是将其初始化成一个特定的值,然后读取那个值。也就是说,一旦封装器对象已经创建,就没有办法改变一个值。这使得Integer封装器对解决我们的问题毫无意义,所以不得不创建一个新类,用它来满足自己的要求。

1. 创建“要害”类

在前面的例子里,我们用一个标准库的类(Integer)作为Hashtable的一个键使用。作为一个键,它能很好地工作,因为它已经具备正确运行的所有条件。但在使用散列表的时候,一旦我们创建自己的类作为键使用,就会碰到一个很常见的问题。例如,假设一套天气预告系统将Groundhog(土拔鼠)对象匹配成Prediction(预告)。这看起来非常直观:我们创建两个类,然后将Groundhog作为键使用,而将Prediction作为值使用。如下所示:

//: SpringDetector.java

// Looks plausible, but doesn't work right.

 
 
 
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