Java第11章泛型和集合 教学设计

Java程序设计基础与实战教学设计课程名称：Java程序设计__授课年级：_______________________授课学期：_______________________教师姓名：_______________________2023年07月25日课程名称第11章泛型和集合计划学时4+2学时内容分析主要学习Java语言的泛型和集合，包括泛型方法、泛型类和泛型接口的使用、集合框架（Collection、List、Set、Map）的使用。教学目标与教学要求【知识目标】了解Java的集合框架。了解Collection接口。了解泛型的使用。【技能目标】熟练掌握List、Set和Map的使用。熟练掌握集合遍历的方法。【思政育人目标】培养学生团队合作意识，发挥组长带头作用，培养大局意识，组员间相互鼓励，互帮互助，培养协作意识。教学重点ArrayLis类、LinkedList类的使用教学难点集合的遍历教学方式课堂讲解配合ppt演示3学时，上机演练3学时教学过程第一学时（泛型）一、回顾上节课内容（1）对上节课布置的任务以及学生提出的问题进行答疑解惑。（2）回顾上节课内容，引出本节课主题。（3）明确学习方向。理解泛型的概念。掌握泛型的应用。掌握类型通配符的使用。了解有界类型了解自定义泛型的使用二、知识讲解（一）为什么使用泛型（详见本章PPT）泛型解决了数据类型的安全性问题，其主要原理是在声明时通过一个标识，表示类中某个属性的类型或者是某个方法的返回值及参数类型。这样在类声明或实例化时只要指定好需要的具体类型即可。（二）泛型的定义泛型的介绍：泛型是JDK5中引入的特性，它提供了编译时类型安全检测机制。泛型的优点：把运行时期的问题提前到了编译期间避免了强制类型转换泛型的定义格式：<类型>:指定一种类型的格式.尖括号里面可以任意书写,一般只写一个字母.例如:<类型1,类型2…>:指定多种类型的格式,多种类型之间用逗号隔开示例：ArrayList<参数化类型>list=newArrayList<参数化类型>();演示案例详见本章PPT。（三）通配符类型通配符用符号“?”表示，比如List<?>，它是List<String>、List<Object>等各种泛型List的父类。

演示案例：详见本章PPT。（四）有界类型有界类型，可以创建声明超类的上界和声明子类的下界。

演示案例：详见本章PPT。（五）泛型的限制加入集合中的对象类型必须与指定的泛型类型一致静态方法中不能使用类的泛型如果泛型类是一个接口或抽象类，则不可创建泛型类的对象不能在catch中使用泛型从泛型类派生子类，泛型类型需具体化正确应用泛型，可以使程序变得更简洁、更健壮，在应用的同时，也要注意泛型的诸多限制，以免出现错误。（六）自定义泛型想使用泛型，就需要先定义泛型，泛型有两种定义的方式：1.在方法上定义，写在返回值之前Java程序中的普通方法、构造方法和静态方法中都可以使用泛型。方法使用泛型前，必须对泛型进行声明，语法：<T>，T可以是任意字母，但通常必须要大写。一般情况下大写是类型，小写是参数。<T>需放在方法的返回值声明之前。2.在类上定义，写在类名之后除了在方法上声明泛型之外，还可以在类上声明泛型需要注意的是：在类上面声明泛型，仅限于实例方法上直接使用，但是不适合静态方法，静态方法上的泛型还是需要在方法上单独定义的演示案例：详见本章PPT三、知识巩固（1）回顾上课前的学习目标，对本节课知识点进行总结。（2）使用第七章课后作业。第二学时（集合框架概述、Collection接口、List接口）一、提出需求，导入学习任务 （1）数组的弊端和集合的优势一方面，面向对象语言对事物的体现都是以对象的形式，为了方便对多个对象的操作，就要对对象进行存储。另一方面，使用Array存储对象方面具有一些弊端，而Java的集合就像一种容器，可以动态地把多个对象的引用放入容器中。数组的在内存存储方面的弊端数组初始化以后，长度就不可变了，不便于扩展数组中提供的属性和方法少，不便于进行添加、删除、插入等操作，且效率不高。同时无法直接获取存储元素的个数数组存储的数据是有序的、可以重复的。存储数据的特点单一Java集合类可以用于存储数量不等的多个对象，还可用于保存具有映射关系的关联数组（2）明确学习方向。理解Java集合框架的概念。了解Collection接口。了解List接口的常用方法。掌握ArrayList类的使用。掌握LinkedList类的使用。二、知识讲解（一）集合框架概述引入：通过数组的弊端进行引入。存储已知数目的数据可以使用数组，例如学生的信息；存储未知数目的数据，数组并不适用，例如新闻的信息。如果并不知道程序运行时会需要多少对象，或者需要更复杂方式存储对象——使用Java集合框架概念：Java的集合框架（Javacollectionsframework）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。Java集合框架提供了一套性能优良、使用方便的接口和类，它们位于java.util包中。Java集合类主要由两个根接口Collection和Map派生出来的，如下图所示。（二）Collection接口Collection接口：存储一组不唯一，无序的对象（单列数据）。List：存储一组不唯一，有序（插入顺序）的对象（动态数组）。Set接口：存储一组唯一，无序的对象（数学中的集合）。Map接口：存储一组键值对象，提供key到value的映射（双列数据）。Collection接口常用方法：（三）List接口 List接口特有常用方法：演示案例：使用ArrayList和LinkedList操作流浪猫名字（详见本章PPT）1.ArrayList类概述：List接口的主要实现类，实现了长度可变的数组，在内存中分配连续的空间，底层使用Object[]。遍历元素和随机访问元素的效率比较高。特点：是线程不安全的，遍历元素和随机访问元素的效率高演示案例：使用ArrayList存储多种类型的数据，并打印元素的个数和指定位置的元素（详见本章PPT）2.LinkedList类概述：LinkedList集合底层由若干个相连的Node节点组成的，每个Node节点都包含着该节点的数据、前一个节点、后一个节点特点：LinkedList采用链表存储方式，插入、删除元素时效率比较高。操作图解：添加数据将c插入到该LinkedList集合的a和b之前，①a节点的存储c节点的地址②c节点存储a节点的地址③b节点存储c节点的地址④c节点存储b节点的地址删除数据将b从该LinkedList的a和c之间移除①a节点存储c节点的地址②c节点引用a节点的地址LinkedList类特有的方法：由于它的底层是链表，所以它拥有头和尾，并且围绕头和尾设计了它独有的方法。如下图所示。演示案例：使用LinkedList集合操作流浪猫名字数组。三、知识巩固（1）回顾上课前的学习目标，对本节课知识点进行总结。（2）使用第七章课后作业。第三学时（集合的迭代操作、Set接口）一、回顾上节课内容（1）对上节课布置的任务以及学生提出的问题进行答疑解惑。（2）回顾上节课内容，引出本节课主题。（3）明确学习方向。掌握Iterator接口迭代集合的方式。掌握foreach迭代集合的方式。了解Set接口的常用方法。掌握HashSet的使用。了解TreeSet类的使用。二、知识讲解（一）集合的迭代操作1.Iterator接口概念：Iterator接口用来迭代访问Collection中元素，因此也称为迭代器。获取方式：通过Collection接口中的iterator()方法得到该集合的迭代器对象示例详见本章PPT。注意：Iterator仅用于遍历集合，如果需要创建Iterator对象，则必须有一个被迭代的集合。Iterator遍历集合的原理：使用next()方法之前，迭代器游标索引在第一个元素之前，不指向任何元素当第一次调用next()方法后，迭代器索引会后移一位，指向第一个元素并返回，以此类推当hasNext()方法返回false时，则说明到达集合末尾，停止遍历2.foreach遍历集合优势：它不需要获取容器长度，不需要用索引去访问容器中元素，但它能自动遍历容器中所有元素。语法：for(容器中元素类型临时变量：容器变量){ 程序语句}演示案例：使用foreach遍历颜色数组（详见本章PPT）。（二）Set接口1.HashSet类（1）Set接口介绍定义：Set接口是单列集合的一个重要分支，一般将实现了Set接口的对象称为Set集合。特点：Set集合中元素是无序的、不可重复的。Set集合没有按照元素的插入顺序排列。注意：Set集合判断两个元素是否相等用equals()方法，而不是使用==运算符。Set集合也可以存储null，但只能存储一个，即使添加多个也只能存储一个。主要实现类：

HashSet是根据对象的哈希值来确定元素在集合中的存储位置，因此能高效地查询，可以用来做少量数据的插入操作。TreeSet底层是用二叉树来实现存储元素的，它可以对集合中元素排序。（2）HashSet类介绍概述：HashSet类是Set接口的典型实现，是Set接口最常用的实现类。

特点：HashSet按照Hash算法来确定对象在集合中的存储的位置的，因此具有很好的存取和查找性能。

演示案例：详见本章PPT。2.TreeSet类特点：TreeSet底层采用平衡的排序二叉树实现，所以它既能保证元素唯一性，又可以对元素进行排序。常用方法：

演示案例：TreeSet集合的基本操作（详见本章PPT）自然排序：仅做了解，详见本章PPT。定制排序：仅做了解，详见本章PPT。三、知识巩固（1）回顾上课前的学习目标，对本节课知识点进行总结。（2）使用第七章课后作业。第四学时（Map接口）一、回顾上节课内容（1）对上节课布置的任务以及学生提出的问题进行答疑解惑。（2）回顾上节课内容，引出本节课主题。（3）明确学习方向。掌握Map接口的常用方法。掌握HashMap集合的使用。了解LinkedHashMap类。了解Properties类的使用。二、知识讲解（一）Map接口简介概念：Map接口用于存储键值对(key-value)形式的元素，描述了由不重复的键到值的映射。特点：Map中的key和value都可以是任何引用类型的数据，key不允许重复，且必须实现hashCode()和equals()方法。key和value之间存在单向一对一关系，即通过指定的key总能找到唯一的、确定的value。（二）HashMap集合特点：HashMap类是Map接口中使用频率最高的实现类，允许使用null键和null值，不保证映射的顺序。HashMap集合判断两个key相等的标准：两个key通过equals()方法返回true，hashCode值也相等。HashMap集合判断两个value相等的标准：两个value通过equals()方法返回true。演示案例详见本章PPT。（三）LinkedHashMap集合概念：LinkedHashMap类是HashMap的子类，LinkedHashMap类可以维护Map的迭代顺序，迭代顺序与键值对的插入顺序一致。。特点：构造一个有序的Map。演示案例详见本章PPT。（四）Properties集合作用：Properties用于处理属性文件，由于属性文件里的键和值都是字符串类型。特点：由于属性文件中键和值都是字符串类型，所以Properties类中的键和值都是字符串类型。常用方法：演示案例：对比StringBuffer对象和StringBuilder对象拼接字符传串的耗时（详见本章PPT）实