# 2026年7月31日 课后作业 — 集合综合运用（含匿名内部类与异常） > **说明**：本次作业为**阶段性综合练习**，覆盖近期核心知识点——**Java 集合框架**（ArrayList / LinkedList / HashMap / TreeMap / HashSet / TreeSet 的新建、增删改查、遍历、迭代器）、**匿名内部类**（Comparator 排序）与**异常处理**（自定义异常 + 集合综合应用），并附 1 道简答题（HashMap 底层原理）。 > > 题目分为 **⭐ 基础（必做）**：作业 1~3；**⭐⭐ 进阶（必做）**：作业 4~5；**简答题（必做）**。请新建 Java 项目，编写并运行代码，将运行结果截图提交。 --- ## 📌 本次作业重要说明 ### 命名要求 | 项目 | 要求 | |------|------| | **包名** | **必须按题目指定的包名创建**（全小写） | | **类名** | 自由命名，但需**见名知意** | | **测试类** | 建议命名为 `TestXxx` 或 `XxxTest` | | **文件名** | 必须与类名一致 | ### 提交目录结构示例 ``` 提交\ └─ 张三\ ├─ p1_list\ ← 第 1 题的包（ArrayList / LinkedList） │ └─ ListDemo.java ├─ p2_map\ ← 第 2 题的包（HashMap / TreeMap） │ └─ MapDemo.java ├─ p3_set\ ← 第 3 题的包（HashSet / TreeSet） │ └─ SetDemo.java ├─ p4_exception\ ← 第 4 题的包（异常 + 集合） │ ├─ InvalidScoreException.java │ └─ ScoreStatisticsDemo.java └─ p5_sort\ ← 第 5 题的包（匿名内部类 + 排序） ├─ Student.java └─ SortDemo.java ``` > ⚠ **注意**： > 1. 包名必须严格按题目要求书写（全小写），目录结构必须与包结构一致 > 2. 每个 Java 文件头部需包含 `@author`、`@title`、`@create` 文档注释 > 3. 简答题（HashMap 底层原理）请写在 Word / TXT 文档中，与代码一起提交 --- # 第一部分：基础题（⭐ 必做） --- ## 作业 1：ArrayList 与 LinkedList 基本操作 — 学生名单管理 **包名**：`p1_list` **知识点**：`ArrayList` / `LinkedList` 创建、增删改查、三种遍历方式（`for+get` / `Iterator` 迭代器 / 增强 for） **场景描述**：使用 ArrayList 和 LinkedList 分别存储学生名单，练习集合的**增删改查**与**三种遍历方式**，体会 List 系集合的通用操作。 **题目要求**： 在 `ListDemo` 类的 `main` 方法中，完成以下操作： ```java import java.util.*; public class ListDemo { public static void main(String[] args) { // 1. 创建 ArrayList 和 LinkedList，各添加 5 个姓名： // "张三", "李四", "王五", "赵六", "孙七" // 2. 输出两个集合的大小（size()）："ArrayList 大小：5 / LinkedList 大小：5" // 3. 查询：获取并输出索引 2 的元素（get(2)）："索引 2 的学生：王五" // 4. 修改：将索引 1 的元素改为"李思"（set()） // 5. 删除：移除索引 3 的元素（remove(index)），输出被删除的元素 // 6. 遍历：分别用【三种方式】遍历 ArrayList： // ① for + size() + get(i) // ② Iterator 迭代器（while + hasNext() + next()） // ③ 增强 for（foreach） // 7. 用 Iterator 迭代器遍历 LinkedList，输出所有元素 } } ``` **预期输出**： ``` ArrayList 大小：5 LinkedList 大小：5 索引 2 的学生：王五 已修改索引 1：李四 → 李思 已删除索引 3：赵六 ========== 方式①：for + get ========== 张三 李思 王五 孙七 ========== 方式②：Iterator 迭代器 ========== 张三 李思 王五 孙七 ========== 方式③：增强 for ========== 张三 李思 王五 孙七 ========== LinkedList 迭代器遍历 ========== 张三 李思 王五 孙七 ``` **思考题**（选做，不要求提交代码）： 1. LinkedList 用 `for + get(i)` 遍历为什么效率低？（提示：每次 `get(i)` 从头遍历，O(n²)） 2. `Iterator` 的 `hasNext()` 和 `next()` 分别做什么？指针如何移动？ 3. 三种遍历方式各自的适用场景是什么？迭代器和增强 for 是什么关系？ --- ## 作业 2：HashMap 与 TreeMap 基本操作 — 学生成绩表 **包名**：`p2_map` **知识点**：`HashMap` / `TreeMap` 创建、`put()` / `get()` / `containsKey()` / `remove()` / `keySet()` / `entrySet()`、Map 两种遍历方式 **场景描述**：用 Map 存储学生成绩（学号 → 成绩）。**HashMap 无序**，**TreeMap 按键自动排序**——对比两者遍历顺序的差异。 **题目要求**： 在 `MapDemo` 类的 `main` 方法中，完成以下操作： ```java import java.util.*; public class MapDemo { public static void main(String[] args) { // 1. 创建 HashMap，添加 4 组成绩： // "x001"->90, "x002"->85, "x003"->92, "x004"->78 // 2. 输出集合大小（size()）："学生人数：4" // 3. 查询：get("x002")："学号 x002 的成绩：85" // 4. 判断是否包含某键（containsKey("x001")）：true // 判断是否包含不存在的键（containsKey("x999")）：false // 5. 修改：put("x004", 88)（键已存在 → 覆盖旧值），再次 get 验证 // 6. 删除：remove("x001")，输出删除后的集合大小 // 7. 遍历方式一：keySet() + foreach + get(key)，输出所有"学号-成绩" // 输出格式："学号：x002，成绩：85" // 8. 遍历方式二：entrySet() + foreach + getKey()/getValue()，输出所有"学号-成绩" // 9. 创建 TreeMap，放入同样的 4 组数据 // 用 keySet() 遍历输出，观察：TreeMap 的遍历顺序与 HashMap 有什么不同？ // —— 提示：TreeMap 按键（学号）自动排序 } } ``` **预期输出**（HashMap 部分顺序不定，TreeMap 按键排序）： ``` 学生人数：4 学号 x002 的成绩：85 包含键 x001：true 包含键 x999：false 修改后 x004 的成绩：88 删除 x001 后，学生人数：3 ========== HashMap 方式一：keySet + get ========== 学号：x002，成绩：85 学号：x003，成绩：92 学号：x004，成绩：88 ========== HashMap 方式二：entrySet ========== 学号：x002，成绩：85 学号：x003，成绩：92 学号：x004，成绩：88 ========== TreeMap keySet 遍历（按键排序） ========== 学号：x002，成绩：85 学号：x003，成绩：92 学号：x004，成绩：88 ``` **思考题**（选做，不要求提交代码）： 1. HashMap 和 TreeMap 的遍历顺序有什么不同？为什么？（提示：哈希定位 vs 红黑树中序排序） 2. `keySet()` 遍历和 `entrySet()` 遍历的效率差异？为什么？ 3. 为什么 `keySet()` 返回的是 Set 而不是 List？（提示：键不可重复） --- ## 作业 3：HashSet 与 TreeSet 基本操作 — 单词去重与排序 **包名**：`p3_set` **知识点**：`HashSet` 去重、`TreeSet` 自动排序、迭代器 / 增强 for 遍历 **场景描述**：Set 集合**无序、不可重复**。HashSet 去重（无序），TreeSet 自动排序（有序）。模拟水果清单去重与数字排序。 **题目要求**： 在 `SetDemo` 类的 `main` 方法中，完成以下操作： ```java import java.util.*; public class SetDemo { public static void main(String[] args) { // 1. 创建 HashSet，依次添加：香蕉, 苹果, 葡萄, 苹果, 西瓜, 香蕉 // 观察输出：重复元素"苹果""香蕉"只保留一个（自动去重） // 2. 输出集合大小：应输出 4（6 个元素去重后剩 4 个） // 3. 用 Iterator 迭代器遍历输出所有元素 // 4. 创建 TreeSet，添加同样的水果 // 观察输出：自动按【字典序】排序 // 5. 创建 TreeSet，添加：50, 20, 80, 10, 60 // 观察输出：自动按【数值升序】排序 // 6. 用增强 for 遍历 TreeSet，输出所有元素 } } ``` **预期输出**（HashSet 顺序不定）： ``` ========== HashSet 去重 ========== 集合大小：4 迭代器遍历：西瓜 香蕉 苹果 葡萄 ========== TreeSet 字典序排序 ========== 苹果 葡萄 西瓜 香蕉 ========== TreeSet 数值升序 ========== 10 20 50 60 80 ``` **思考题**（选做，不要求提交代码）： 1. HashSet 和 TreeSet 的区别是什么？（提示：哈希去重 vs 红黑树排序） 2. Set 为什么没有 `get(index)`？如何遍历 Set？（提示：无序无索引，用迭代器/增强 for） 3. 自定义对象放进 TreeSet 会怎样？需要满足什么条件？（提示：实现 Comparable 或传入 Comparator） --- # 第二部分：进阶题（⭐⭐ 必做） --- ## 作业 4：异常处理 + 集合综合 — 学生成绩统计系统 **包名**：`p4_exception` **知识点**：`try-catch` 多 catch 块、自定义异常、异常处理 + ArrayList 综合应用、迭代器遍历 **场景描述**：编写成绩统计程序，把输入的成绩存入 `ArrayList`，计算总分和平均分。要求处理三类异常：**输入不是整数**（`InputMismatchException`）、**成绩不合法**（自定义异常 `InvalidScoreException`）、**索引越界**（`IndexOutOfBoundsException`）。 **题目要求**： 先定义自定义异常类： ```java // InvalidScoreException.java public class InvalidScoreException extends RuntimeException { public InvalidScoreException(String message) { super(message); } } ``` 再编写 `ScoreStatisticsDemo`： ```java import java.util.ArrayList; import java.util.InputMismatchException; import java.util.Scanner; public class ScoreStatisticsDemo { public static void main(String[] args) { Scanner sc = new Scanner(System.in); ArrayList scores = new ArrayList<>(); // 1. 循环输入 5 个成绩（0~100），存入 scores // 提示：for (int i = 0; i < 5; i++) { int s = sc.nextInt(); scores.add(s); } // 2. 使用 try-catch 处理以下异常： // a. 输入不是整数 → InputMismatchException，提示"请输入整数"并要求重新输入 // b. 成绩不在 0~100 → 抛出 InvalidScoreException（自定义异常） // if (s < 0 || s > 100) { throw new InvalidScoreException("成绩必须在0~100之间"); } // c. 下标越界 → IndexOutOfBoundsException // 3. 计算总分和平均分（用 for 或迭代器遍历求和） // 4. 使用迭代器遍历输出所有成绩 } } ``` **运行效果示意**： ``` 请输入第 1 个成绩（0~100）：abc 输入错误，请输入整数！ 请输入第 1 个成绩（0~100）：85 请输入第 2 个成绩（0~100）：92 请输入第 3 个成绩（0~100）：120 成绩不合法：成绩必须在0~100之间 请输入第 3 个成绩（0~100）：78 请输入第 4 个成绩（0~100）：66 请输入第 5 个成绩（0~100）：90 ========== 成绩统计结果 ========== 成绩列表：85 92 78 66 90 总分：411，平均分：82.2 ``` **提示**： - `InputMismatchException` 发生后需要调用 `sc.nextLine()` 清空输入缓冲，否则会死循环 - 多 catch 块中，**子类异常在前，父类异常在后**（如 `InputMismatchException` 在 `Exception` 之前） - 可以结合 `while` 循环实现"输入错误就重试"的鲁棒性 **思考题**（选做，不要求提交代码）： 1. 多 catch 块的书写顺序有什么要求？为什么子类必须在前？ 2. 自定义异常继承 `Exception`（编译期）和 `RuntimeException`（运行期）有什么区别？ 3. 为什么输入不是整数后要调用 `nextLine()` 清空缓冲？ --- ## 作业 5：匿名内部类 + 集合排序 — 学生排序系统 **包名**：`p5_sort` **知识点**：**匿名内部类**实现 `Comparator`、`Collections.sort()`、`TreeSet` 自定义排序、List / Set 排序 **场景描述**：定义 `Student` 类（name + age + score），用**匿名内部类**实现 `Comparator` 接口，对集合中的学生按年龄、成绩、姓名排序。体会匿名内部类"临时定义一个实现类"的便捷性。 **题目要求**： 先定义 `Student` 类： ```java // Student.java public class Student { private String name; private int age; private double score; public Student(String name, int age, double score) { this.name = name; this.age = age; this.score = score; } // TODO: 补全 getter / setter 方法 @Override public String toString() { return "Student{name='" + name + "', age=" + age + ", score=" + score + "}"; } } ``` 再编写 `SortDemo`： ```java import java.util.*; public class SortDemo { public static void main(String[] args) { // 1. 创建 ArrayList，添加 4 名学生： // 张三 20 85 / 李四 22 90 / 王五 19 78 / 赵六 21 88 // 2. 使用【匿名内部类】实现 Comparator，按年龄升序排序 // Collections.sort(list, new Comparator() { // @Override // public int compare(Student s1, Student s2) { // return s1.getAge() - s2.getAge(); // 年龄升序 // } // }); // 3. 输出按年龄排序后的结果 // 4. 再写一个匿名内部类 Comparator，按成绩（score）降序排序，输出结果 // 提示：成绩是 double，比较可用 Double.compare(s2.getScore(), s1.getScore()) // 5. 创建一个 TreeSet，传入按姓名（name）排序的匿名 Comparator // 把 4 名学生放入 TreeSet，用迭代器遍历输出，观察自动排序效果 } } ``` **预期输出**： ``` ========== 按年龄升序排序 ========== Student{name='王五', age=19, score=78.0} Student{name='张三', age=20, score=85.0} Student{name='赵六', age=21, score=88.0} Student{name='李四', age=22, score=90.0} ========== 按成绩降序排序 ========== Student{name='李四', age=22, score=90.0} Student{name='赵六', age=21, score=88.0} Student{name='张三', age=20, score=85.0} Student{name='王五', age=19, score=78.0} ========== TreeSet 按姓名排序 ========== Student{name='张三', age=20, score=85.0} Student{name='李四', age=22, score=90.0} Student{name='王五', age=19, score=78.0} Student{name='赵六', age=21, score=88.0} ``` **思考题**（选做，不要求提交代码）： 1. 匿名内部类的语法格式是什么？这里为什么可以用匿名内部类？（提示：Comparator 是接口） 2. `Comparator` 的 `compare()` 返回负数 / 0 / 正数分别代表什么？ 3. `Comparable` 和 `Comparator` 的区别是什么？（提示：类自身排序 vs 外部排序器） --- # 第三部分：简答题（必做） ## 简答题：说明 HashMap 的底层原理 请用文字说明（可配合画图）回答以下问题： 1. **HashMap 的数据结构是什么？** JDK 1.7 和 JDK 1.8 有什么区别？ 2. **HashMap 是如何保证键 Key 的唯一性的？** 依赖哪两个方法？ 3. **什么是哈希冲突？** HashMap 是如何解决的？ 4. **HashMap 的树化条件和退化条件分别是什么？**（提示：`TREEIFY_THRESHOLD`、`MIN_TREEIFY_CAPACITY`、`UNTREEIFY_THRESHOLD`） 5. **HashMap 的默认容量和负载因子是多少？** 负载因子的作用是什么？ **答题要点提示**： - 数据结构：**数组 + 链表**（JDK1.7）；**数组 + 链表 / 数组 + 红黑树**（JDK1.8） - 键唯一性：先 `hashCode()` 定位，再 `equals()` 比较 - 哈希冲突：多个键的哈希值相同 → 挂到同一位置的链表上（链地址法） - 树化条件：**链表节点长度 > 8 且 数组长度 > 64**（两个条件同时满足）；退化条件：**节点长度 < 6** - 默认容量 **16**，负载因子 **0.75f**：已存元素超过容量 × 0.75 时触发扩容