CS61B Notes：11. Exceptions, Iterators, Object Methods

Set 数据类型

除了以前学的 List，Java 中还支持Set。

Set 不支持索引，但是你可以确定某个元素是否在 set 中

Set<String> s = new HashSet<>();
s.add("Tokyo");
s.add("Lagos");
System.out.println(s.contains("Tokyo"));

Exceptions

如果你的代码有哪些操作是不能做的，你可以选择 throw 一个 exception，这会在报错信息中显示，例如：

public void add(T x) {
    if (x == null) {
        throw new IllegalArgumentException("can't add null");
    }

让数据类型支持 for 循环迭代 & Iterators

在课堂上我们创建了一个 ArraySet，但目前无法使用 for 循环对其进行遍历，因此需要引入 iterator 这一机制。

要使一个类支持 for 循环，需要满足以下几点：

在该类中实现 iterator() 方法，并让该方法返回 Iterator<T> 类型
实现一个 Iterator<T> 类型的类，该类必须实现 hasNext() 和 next() 方法
该类需要 implements Iterable<T>

考虑以下完整的可迭代 ArraySet 实现：

import java.util.Iterator;  
  
public class ArraySet<T> implements Iterable<T> {  
    private T[] items;  
    private int size;  
  
    public ArraySet() {  
        items = (T[]) new Object[100];  
        size = 0;  
    }  
      
    public boolean contains(T x) {  
        for (int i = 0; i < size; i += 1) {  
            if (items[i].equals(x)) {  
                return true;  
            }  
        }  
        return false;  
    }  
      
    public void add(T x) {  
        if (x == null) {  
            throw new IllegalArgumentException("can't add null");  
        }  
        if (contains(x)) {  
            return;  
        }  
        items[size] = x;  
        size += 1;  
    }  
  
	public Iterator<T> iterator() {  
	    return new ArraySetIterator();  
    }
  
    private class ArraySetIterator implements Iterator<T> {  
        private int wizPos;  
  
        public ArraySetIterator() {  
            wizPos = 0;  
        }  
  
        public boolean hasNext() {  
            return wizPos < size;  
        }  
  
        public T next() {  
            T returnItem = items[wizPos];  
            wizPos += 1;  
            return returnItem;  
        }  
    }  
    
    public static void main(String[] args) {
	    ArraySet<Integer> aset = new ArraySet<>();  
	    aset.add(5);
	    aset.add(23);
	    aset.add(42);

	    for (int i : aset) {
	        System.out.println(i);
	    }
}

这里的 ArraySetIterator 可以理解为一个“巫师”，用于顺序访问 ArraySet 中的元素：

初始位置 wizPos = 0
调用 hasNext() 用于判断是否还有元素
调用 next() 时：
- 返回当前位置的元素
- 然后将指针移动到下一个位置

Pasted image 20260404141300

上图展示了迭代的内部过程。本质上，for-each 循环只是对 Iterator 的一种语法封装。

如果 ArraySet<T> 不 implements Iterable<T>，则无法使用 for 循环，只能手动编写类似上图中的迭代代码。这种支持被称为 iterable。

Iterator 和 Iterable 的区别

Iterator 是执行遍历的游标对象
Iterable 则是能够生成一个 Iterator、从而实现对自身内容进行遍历的对象。
- 例如：一个本身不能被遍历的对象，通过生成一个 iterator 就可以实现遍历

打印数据类型里的内容 & toString

当调用 System.out.println(x) 时，Java 会自动调用 x.toString() 方法。

像 ArrayList 这样的类都已经重写了 toString()，因此可以直接 println()。而我们之前实现的 ArraySet 如果直接使用 println()，会打印对象的内存地址（类似 ArraySet@1a2b3c）。因此需要在类中重写该方法：

  @Override
  public String toString() {
      StringBuilder returnSB = new StringBuilder("{");
      if (size == 0) {
          return "{}";
      }
      for (int i = 0; i < size - 1; i += 1) {
          returnSB.append(items[i].toString());
          returnSB.append(", ");
      }
      returnSB.append(items[size - 1]);
      returnSB.append("}");
      return returnSB.toString();
  }
  
  public static void main(String[] args) {
      ArraySet<Integer> aset = new ArraySet<>();
/* 省略内容 */
      System.out.println(aset);

StringBuilder 类用于创建和操作可变字符串。与 String 不同，StringBuilder 可以在原对象上进行修改，而不会产生新的对象。

这里使用 StringBuilder 而不是 String 的原因是 String 每次拼接都会创建新对象，时间复杂度高

因此常见模式是：用 StringBuilder 构建，最后调用 toString() 转换为 String

判断数据类型里的内容是否相等 & equals

== 和 .equals() 在 Java 中的行为完全不同：

== 比较的是两个变量是否指向同一个对象（内存地址）
- 即使两个 Array 内容完全相同，只要不是同一个对象，也会返回 false
.equals(Object o) 是定义在 Object 类中的方法，很多类会重写它，让他比较内容是否相等（逻辑相等）

在这里引入 instanceof 这样一个新语法：

@Override  
public boolean equals(Object o) {  
    if (o instanceof Dog uddaDog) {   // 假设前面定义了 Dog 类
        return this.size == uddaDog.size;  
    }  
    return false;  
}

1	o instanceof Dog uddaDog

上面这行代码实际上做了三件事：

判断 o 的动态类型是否是 Dog（或其子类）
如果是，则自动完成类型转换，并将其赋值给静态类型为 Dog 的 uddaDog 变量
如果 o 是 null，则 instanceof 会直接返回 false，不会报错

额外：手动实现 `instanceof` 的功能

这部分最新版课堂没交，却在 Project1 中的 equals 方法中用到了，我们要手动实现 instanceof 的功能。

public boolean equals(Object other) {  
    /* ... */
		// 假设前面定义了一个 Deque 类（或者接口）
	Deque<?> o;         
    
    try {  
        o = (Deque<?>) other;  
    } catch (ClassCastException e) {  
        return false;  
    }  
  
    /* ... 省略部分和上面一样的判断逻辑 ... */
}

11. Exceptions, Iterators, Object Methods