## 集合 通常，我们并不知道解决某个具体问题需要的对象数量和持续时间，以及对象的存储方式。那么我们如何知悉程序在运行时需要分配的内存空间呢？ 在面向对象的设计中，问题的解决方案有些过于轻率：创建一个新类型的对象来引用、容纳其他的对象。当然，我们也可以使用多数编程语言都支持的“数组”（array）。在 Java 中“集合”（Collection）的使用率更高。（也可称之为“容器”，但“集合”这个称呼更通用。） “集合”这种类型的对象可以存储任意类型、数量的其他对象。它能根据需要自动扩容，我们不用关心过程是如何实现的。 还好，一般优秀的 OOP 语言都会将“集合”作为其基础包。在 C++ 中，“集合”是其标准库的一部分，通常被称为 STL（Standard Template Library，标准模板库）。SmallTalk 有一套非常完整的集合库。同样，Java 的标准库中也提供许多现成的集合类。 在一些库中，一两个泛型集合就能满足我们所有的需求了，而在其他一些类库（Java）中，不同类型的集合对应不同的需求：常见的有 List，常用于保存序列；Map，也称为关联数组，常用于将对象与其他对象关联；Set，只能保存非重复的值；其他还包括如队列（Queue）、树（Tree）、栈（Stack）、堆（Heap）等等。从设计的角度来看，我们真正想要的是一个能够解决某个问题的集合。如果一种集合就满足所有需求，那么我们就不需要剩下的了。之所以选择集合有以下两个原因： 1. 集合可以提供不同类型的接口和外部行为。堆栈、队列的应用场景和集合、列表不同，它们中的一种提供的解决方案可能比其他灵活得多。 2. 不同的集合对某些操作有不同的效率。例如，List 的两种基本类型：ArrayList 和 LinkedList。虽然两者具有相同接口和外部行为，但是在某些操作中它们的效率差别很大。在 ArrayList 中随机查找元素是很高效的，而 LinkedList 随机查找效率低下。反之，在 LinkedList 中插入元素的效率要比在 ArrayList 中高。由于底层数据结构的不同，每种集合类型在执行相同的操作时会表现出效率上的差异。 我们可以一开始使用 LinkedList 构建程序，在优化系统性能时改用 ArrayList。通过对 List 接口的抽象，我们可以很容易地将 LinkedList 改为 ArrayList。 在 Java 5 泛型出来之前，集合中保存的是通用类型 `Object`。Java 单继承的结构意味着所有元素都基于 `Object` 类，所以在集合中可以保存任何类型的数据，易于重用。要使用这样的集合，我们先要往集合添加元素。由于 Java 5 版本前的集合只保存 `Object`，当我们往集合中添加元素时，元素便向上转型成了 `Object`，从而丢失自己原有的类型特性。这时我们再从集合中取出该元素时，元素的类型变成了 `Object`。那么我们该怎么将其转回原先具体的类型呢？这里，我们使用了强制类型转换将其转为更具体的类型，这个过程称为对象的“向下转型”。通过“向上转型”，我们知道“圆形”也是一种“形状”，这个过程是安全的。可是我们不能从“Object”看出其就是“圆形”或“形状”，所以除非我们能确定元素的具体类型信息，否则“向下转型”就是不安全的。也不能说这样的错误就是完全危险的，因为一旦我们转化了错误的类型，程序就会运行出错，抛出“运行时异常”（RuntimeException）。（后面的章节会提到） 无论如何，我们要寻找一种在取出集合元素时确定其具体类型的方法。另外，每次取出元素都要做额外的“向下转型”对程序和程序员都是一种开销。以某种方式创建集合，以确认保存元素的具体类型，减少集合元素“向下转型”的开销和可能出现的错误难道不好吗？这种解决方案就是：参数化类型机制（Parameterized Type Mechanism）。 参数化类型机制可以使得编译器能够自动识别某个 `class` 的具体类型并正确地执行。举个例子，对集合的参数化类型机制可以让集合仅接受“形状”这种类型的元素，并以“形状”类型取出元素。Java 5 版本支持了参数化类型机制，称之为“泛型”（Generic）。泛型是 Java 5 的主要特性之一。你可以按以下方式向 ArrayList 中添加 Shape（形状）： ```java ArrayList<Shape> shapes = new ArrayList<>(); ``` 泛型的应用，让 Java 的许多标准库和组件都发生了改变。在本书的代码示例中，你也会经常看到泛型的身影。