Java 集合框架精解（二）：Set、Iterator 與 ListIterator 深度解析

前言

本文聚焦 Set 介面特性、Iterator 單向迭代器與 ListIterator 雙向迭代器的設計模式、方法差異與實戰程式碼。

一、 Set 介面：唯一性與高效查找

• **繼承 Collection**，不允許重複元素（以 equals() 判斷）。
• **核心用途**：歸屬性測試、去重、集合運算（交集、聯集、差集）。
• **首選實作**：HashSet（雜湊表，O(1) 查找），元素需正確實作 hashCode() 與 equals()。

常見 Set 實作

二、 Iterator：統一遍歷的輕量級介面

Iterator 為設計模式，隱藏底層容器結構，提供統一存取方式。

核心方法

• iterator()：容器回傳 Iterator，游標指向第一個元素前。
• hasNext()：是否有下一個元素。
• next()：取得下一個元素並移動游標。
• remove()：移除**上次 next() 回傳**的元素（可選操作）。

三、 ListIterator：List 專用的雙向游標

繼承 Iterator，僅適用於 List 實作，支援雙向移動與索引操作。

額外方法

• hasPrevious() / previous()：反向遍歷。
• nextIndex() / previousIndex()：取得下一個/上一個元素索引。
• set(E e)：替換上次 next()/previous() 回傳的元素。
• add(E e)：在游標位置插入元素（不移動游標）。

四、 實戰程式碼範例

import java.util.*;

public class ListTest {
    public static void main(String[] args) {
        Collection<Integer> col = new ArrayList<>(Arrays.asList(10, 20, 30));
        List<Integer> list = new LinkedList<>();
        list.addAll(col);
        list.add(40); list.add(50); list.add(60); // [10,20,30,40,50,60]
        
        displayIterator(list);  // 遍歷並移除 50
        list.remove(3);         // 移除索引 3 (元素 40) -> [10,20,30,50,60]
        displayListIterator(list);
    }

    // Iterator 單向遍歷 + 移除
    static void displayIterator(Collection<Integer> list) {
        Iterator<Integer> it = list.iterator();
        while (it.hasNext()) {
            Integer val = it.next();
            System.out.print(val + " ");
            if (val == 50) it.remove(); // 安全移除
        }
        System.out.println(); // 輸出: 10 20 30 40 50 60 (50 被移除)
    }

    // ListIterator 雙向遍歷
    static void displayListIterator(List<Integer> list) {
        ListIterator<Integer> li = list.listIterator();
        
        // 正向
        while (li.hasNext()) {
            System.out.print(li.next() + " ");
        }
        System.out.println(); // 輸出: 10 20 30 50 60
        
        // 反向
        while (li.hasPrevious()) {
            System.out.print(li.previous() + " ");
        }
        System.out.println(); // 輸出: 60 50 30 20 10
    }
}

五、 關鍵注意事項

1. 快速失效：Iterator 非執行緒安全，遍歷過程中若結構被修改（非透過 Iterator 自身），會拋出 ConcurrentModificationException。
2. remove() 限制：必須先呼叫 next()，且每次 next() 只能對應一次 remove()。
3. ListIterator 游標位置：游標位於元素**之間**，索引 0 表示第一個元素之前。

六、 總結

Set 以唯一性與高效查找著稱；Iterator 統一了容器遍歷；ListIterator 為 List 提供強大的雙向游標與修改能力。實務上，優先使用增強 for 循環（內部用 Iterator），需雙向或修改時再直接用 ListIterator。