SortedMap、NavigableMap与TreeMap的介绍与应用实例

2024 年 04 月 21 日

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在Java集合框架中，SortedMap、NavigableMap和 TreeMap是处理有序映射关系的关键接口和实现类。它们为我们在数据结构中的键值对排序和导航提供了丰富的功能。让我们逐一深入了解它们的特性、区别以及如何在实际应用中使用它们。

SortedMap简介

SortedMap是一个接口，扩展了 Map接口，用于保持键的有序性。它确保映射中的键按照升序排列，或者根据构造映射时提供的 Comparator进行排序。这种有序性使得一些操作，如返回第一个（firstKey()）或最后一个（lastKey()）键，变得简单直接。

NavigableMap简介

NavigableMap接口进一步扩展了 SortedMap接口，添加了导航方法以返回给定搜索目标的最接近匹配项。例如，higherKey(), lowerKey(), ceilingKey(), 和 floorKey()等方法使得查找那些不完全匹配的键变得可能。这些功能在需要精确控制元素排序或者在有序集合中高效搜索时非常有用。

TreeMap简介

TreeMap是 NavigableMap接口的一个具体实现，它通过红黑树实现。它保证了元素的有序状态并且提供了 NavigableMap接口中定义的所有导航方法。TreeMap是一个非常强大的类，它结合了键的自然排序或者根据 Comparator的排序，以及快速查找、插入和删除操作的能力。

应用实例

假设我们有一个需求，需要存储和排序一些产品的价格，然后根据价格快速找到产品。我们可以使用 TreeMap来实现这个需求。

import java.util.TreeMap;

public class ProductPriceExample {
    public static void main(String[] args) {
        TreeMap<Double, String> priceToProductMap = new TreeMap<>();

        // 添加产品及其价格
        priceToProductMap.put(19.99, "T-Shirt");
        priceToProductMap.put(99.99, "Jeans");
        priceToProductMap.put(299.99, "Smartphone");
        priceToProductMap.put(59.99, "Belt");

        // 显示所有产品及价格
        System.out.println("Products and prices: " + priceToProductMap);

        // 查找比给定价格稍高的第一个产品
        Double higherPrice = priceToProductMap.higherKey(50.00);
        if (higherPrice != null) {
            System.out.println("First product with a price higher than 50: " + priceToProductMap.get(higherPrice));
        }

        // 查找价格最低的产品
        Double lowestPrice = priceToProductMap.firstKey();
        System.out.println("Product with the lowest price: " + priceToProductMap.get(lowestPrice));

        // 查找价格最高的产品
        Double highestPrice = priceToProductMap.lastKey();
        System.out.println("Product with the highest price: " + priceToProductMap.get(highestPrice));
    }
}

这个例子演示了如何使用 TreeMap来存储产品和它们的价格，以及如何利用 TreeMap的导航功能来查找特定条件下的产品。通过这种方式，SortedMap、NavigableMap和 TreeMap提供了一种非常灵活和强大的方式来处理有序数据。