【Kotlin】第5課－集合（List、Set、Map）

集合跟陣列類似，都是可以儲存許多資料的一種物件。差別在於集合的容量不需定義，也沒有上限。集合與 Java 一樣，有 List、Set 與 Map 三大類，在 Kotlin 中，又分成唯讀和可讀寫的類型。本文就來認識它們。

一、唯讀集合

唯讀代表宣告集合時需同時定義元素，之後就不能再增刪元素。資料型態包含「List」、「Set」與「Map」，它們都是介面（interface），並沒有提供有關增刪元素的方法。

// 唯讀 List
val list1: List<Int> = listOf<Int>()
val list2: List<Int> = listOf(80)
val list3: List<Int> = listOf(1, 2, 3)

// 唯讀 Set
val set1: Set<Int> = setOf<Int>()
val set2: Set<Int> = setOf(80)
val set3: Set<Int> = setOf(1, 2, 3)

// 唯讀 Map
val map1: Map<String, Int> = mapOf<String, Int>()
val map2: Map<String, Int> = mapOf("Anna" to 10)
val map3: Map<String, Int> = mapOf("Anna" to 10, "Bonnie" to 20, "Cynthia" to 30)

宣告唯讀集合時，隨著元素個數不同，集合的本質（實作類別）也不同。

空集合：本質為 EmptyList、EmptySet 與 EmptyMap，沒有元素能存取。
單一元素集合：本質為 Java 的 SingletonList、SingletonSet 與 SingletonMap，裡頭只有一個元素可存取。
多元素集合：本質為 Java 的 ArrayList、LinkedHashSet 與 LinkedHashMap，元素排列順序等同定義順序。

二、可讀寫集合

可讀寫代表宣告集合時，未必要定義初始元素，且之後允許增刪元素。資料型態包含 MutableList、MutableSet 與 MutableMap。它們都是介面，分別繼承自 List、Set 與 Map，具備有關增刪元素的方法。

宣告可讀寫集合時，建立出來的集合物件的本質，不會因元素個數而有不同。均與第一節介紹的唯讀多元素集合相同。

// 本質為 Java 的 ArrayList
val list1: MutableList<Int> = mutableListOf()
val list2: List<Int> = mutableListOf(2, 1, 3)

// 本質為 Java 的 LinkedHashSet
val set1: MutableSet<Int> = mutableSetOf()
val set2: Set<Int> = mutableSetOf(2, 1, 3)

// 本質為 Java 的 LinkedHashMap
val map1: MutableMap<String, Int> = mutableMapOf()
val map2: Map<String, Int> = mutableMapOf("Anna" to 10, "Bonnie" to 20, "Cynthia" to 30)

三、存取元素

新增與讀取集合元素的方式如下。其中 List 與 Map 可使用陣列索引的做法，也能選擇 get、set 或 put 方法。

// List 使用 add 新增元素、並用索引存取
val myList = mutableListOf<Int>()
myList.add(350)
myList[0] += 30
println(myList[0])

// Set 使用 add 新增元素
val mySet = mutableSetOf<String>()
mySet.add("Anna")

// Map 使用索引新增和讀取鍵值
val myMap = mutableMapOf<String, Int>()
myMap["Anna"] = 350
myMap["Anna"] = myMap["Anna"]!! + 30 // 鍵值不存在會取得 null，需特別注意
println(myMap["Anna"])

走訪集合元素的方式跟陣列也有幾分相似，包括 for each、indices 方法與 withIndex 方法。但不是每種集合都能適用這三種。

List 與陣列最相近，走訪方式包括 for each、indices 與 withIndex。

// 使用 for each
val girls = listOf("Anna", "Bonnie", "Cynthia")
for (name in girls) {
    println(name)
}

// 使用索引 (indices)
val boys = listOf("Darcy", "Edison")
for (i in boys.indices) {
    println(boys[i])
}

Set 的走訪方式包括 for each 與 withIndex。但 withIndex 所帶來的索引，無法像 List 能用來取得元素，因此只剩下流水號的功用。

// 使用 for each
val girls = setOf("Bonnie", "Anna", "Cynthia")
for (name in girls) {
    println(name)
}

// 使用 withIndex
val boys = setOf("Darcy", "Edison")
for ((i, v) in boys.withIndex()) {
    println("${i + 1}. $v")
}

Map 的走訪方式僅有 for each。可以在迴圈中接收 key 與 value，或接收 Map.Entry 物件。

// 接收key與value
val girls = mapOf("Anna" to 406, "Bonnie" to 408, "Cynthia" to 412)
for ((k, v) in girls) {
    println("$k: $v")
}

// 接收Entry物件
val boys = mapOf("Darcy" to 430, "Edison" to 414)
for (entry in boys) {
    println("${entry.key}: ${entry.value}")
}

四、其他 Java 原生集合

以上是使用 Kotlin 提供的方法，來宣告本質為 Java 原生的集合。本節再介紹一些方法，可以建立 Java 的其它常見集合。

// List尚有 ArrayList
val list: ArrayList<Int> = arrayListOf<Int>()

// Set尚有 HashSet、LinkedSet 與 SortedSet
val set: HashSet<Int> = hashSetOf<Int>()

// Map尚有 HashMap、LinkedMap 與 SortedMap
val map: HashMap<String, Int> = hashMapOf<String, Int>()

以上的 Linked、Sorted 系列集合，本質分別對應 Java 的 Linked 與 Tree 系列集合。筆者就不示範使用方法，讀者可以自行探索。

五、綜合應用

結合本文所學，以下提供一個練習，讀者可以嘗試用程式解決問題。下圖給定了三個 Map，存放著五位學生的的國文、英文與數學成績，但部份學生缺考。請撰寫一個方法，計算他們的總分（缺少的分數以零分計），接著輸出學生名字與總分，並照名字遞增排序。

fun main(args: Array<String>) {
    // 給定各科目成績資料
    val chineseScore =
            mapOf("Anna" to 78, "Bonnie" to 56,                    
                    "Darcy" to 72, "Edison" to 68)
    val englishScore =
            mapOf("Bonnie" to 96, "Cynthia" to 82,
                    "Darcy" to 84, "Edison" to 90)
    val mathScore =
            mapOf("Anna" to 88, "Bonnie" to 84,
                    "Cynthia" to 92, "Darcy" to 92)
    
    printTranscript(chineseScore, englishScore, mathScore)
}

讀者可參考下方筆者的做法。

fun printTranscript(vararg scores: Map<String, Int>) {
    val students = mutableSetOf<String>()
    for (score in scores) {
        students.addAll(score.keys)
    }
    
    val transcript = sortedMapOf<String, Int>()
    
    for (stu in students) {
        var total = 0
        for (score in scores) {
            total += score.getOrDefault(stu, 0)
        }
        
        transcript[stu] = total
    }
    
    for ((k, v) in transcript) {
        println("$k: $v")
    }
}

方法使用可變長度參數，這樣一旦有新的科目分數，只要簡單地傳送進來即可。在方法中，首先從參數的 Map 陣列，取得所有學生的名字。由於是存放在 Set 中，所以不會重複。

接著走訪所有學生名字，再用來查詢各科目的分數，並逐一加總。如果缺少分數，預設為零分。加總完一個學生的分數後，再存放到另一個 Map 中。

由於輸出時需要排序，SortedMap 正好能符合按照 key 遞增排序的條件，因此選用它。最後走訪 Map，輸出所有學生的總分。

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