## 集合 通常，我們并不知道解決某個具體問題需要的對象數量和持續時間，以及對象的存儲方式。那么我們如何知悉程序在運行時需要分配的內存空間呢？ 在面向對象的設計中，問題的解決方案有些過于輕率：創建一個新類型的對象來引用、容納其他的對象。當然，我們也可以使用多數編程語言都支持的“數組”（array）。在 Java 中“集合”（Collection）的使用率更高。（也可稱之為“容器”，但“集合”這個稱呼更通用。） “集合”這種類型的對象可以存儲任意類型、數量的其他對象。它能根據需要自動擴容，我們不用關心過程是如何實現的。 還好，一般優秀的 OOP 語言都會將“集合”作為其基礎包。在 C++ 中，“集合”是其標準庫的一部分，通常被稱為 STL（Standard Template Library，標準模板庫）。SmallTalk 有一套非常完整的集合庫。同樣，Java 的標準庫中也提供許多現成的集合類。 在一些庫中，一兩個泛型集合就能滿足我們所有的需求了，而在其他一些類庫（Java）中，不同類型的集合對應不同的需求：常見的有 List，常用于保存序列；Map，也稱為關聯數組，常用于將對象與其他對象關聯；Set，只能保存非重復的值；其他還包括如隊列（Queue）、樹（Tree）、棧（Stack）、堆（Heap）等等。從設計的角度來看，我們真正想要的是一個能夠解決某個問題的集合。如果一種集合就滿足所有需求，那么我們就不需要剩下的了。之所以選擇集合有以下兩個原因： 1. 集合可以提供不同類型的接口和外部行為。堆棧、隊列的應用場景和集合、列表不同，它們中的一種提供的解決方案可能比其他靈活得多。 2. 不同的集合對某些操作有不同的效率。例如，List 的兩種基本類型：ArrayList 和 LinkedList。雖然兩者具有相同接口和外部行為，但是在某些操作中它們的效率差別很大。在 ArrayList 中隨機查找元素是很高效的，而 LinkedList 隨機查找效率低下。反之，在 LinkedList 中插入元素的效率要比在 ArrayList 中高。由于底層數據結構的不同，每種集合類型在執行相同的操作時會表現出效率上的差異。 我們可以一開始使用 LinkedList 構建程序，在優化系統性能時改用 ArrayList。通過對 List 接口的抽象，我們可以很容易地將 LinkedList 改為 ArrayList。 在 Java 5 泛型出來之前，集合中保存的是通用類型 `Object`。Java 單繼承的結構意味著所有元素都基于 `Object` 類，所以在集合中可以保存任何類型的數據，易于重用。要使用這樣的集合，我們先要往集合添加元素。由于 Java 5 版本前的集合只保存 `Object`，當我們往集合中添加元素時，元素便向上轉型成了 `Object`，從而丟失自己原有的類型特性。這時我們再從集合中取出該元素時，元素的類型變成了 `Object`。那么我們該怎么將其轉回原先具體的類型呢？這里，我們使用了強制類型轉換將其轉為更具體的類型，這個過程稱為對象的“向下轉型”。通過“向上轉型”，我們知道“圓形”也是一種“形狀”，這個過程是安全的。可是我們不能從“Object”看出其就是“圓形”或“形狀”，所以除非我們能確定元素的具體類型信息，否則“向下轉型”就是不安全的。也不能說這樣的錯誤就是完全危險的，因為一旦我們轉化了錯誤的類型，程序就會運行出錯，拋出“運行時異常”（RuntimeException）。（后面的章節會提到） 無論如何，我們要尋找一種在取出集合元素時確定其具體類型的方法。另外，每次取出元素都要做額外的“向下轉型”對程序和程序員都是一種開銷。以某種方式創建集合，以確認保存元素的具體類型，減少集合元素“向下轉型”的開銷和可能出現的錯誤難道不好嗎？這種解決方案就是：參數化類型機制（Parameterized Type Mechanism）。 參數化類型機制可以使得編譯器能夠自動識別某個 `class` 的具體類型并正確地執行。舉個例子，對集合的參數化類型機制可以讓集合僅接受“形狀”這種類型的元素，并以“形狀”類型取出元素。Java 5 版本支持了參數化類型機制，稱之為“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（形狀）： ```java ArrayList<Shape> shapes = new ArrayList<>(); ``` 泛型的應用，讓 Java 的許多標準庫和組件都發生了改變。在本書的代碼示例中，你也會經常看到泛型的身影。