用斗地主的实例学会使用java Collections工具类

目录

• 一、背景
• 二、概念
  • 1、定义
  • 2、方法
    • 2.1、排序方法
    • 2.2、查找/替换方法
• 三、斗地主实例
  • 3.1、代码结构
  • 3.2、常量定义
  • 3.3、单只牌类
  • 3.4、玩家类
  • 3.5、主程序
• 四、深入理解

一、背景

最近在学习数据结构和算法的过程中频繁用到了Collections工具类，这是开发中的一把利器，简化了许多涉及集合的编码，该文将通过实例对此工具类进入深入剖析。

二、概念

1、定义

java.util.Collections
是一个包装类。它包含有各种有关集合操作的静态多态方法。此类不能实例化，就像一个工具类，服务于Java的集合框架。

public class Collections {
    // 默认构造方法私有化，不允许实例化.
    private Collections() {
    }
    ...
}

2、方法

Collections的方法都为静态方法，主要分为以下几类：该文主要对排序、查找/替换等方法进行解析。

2.1、排序方法

• 方法定义：

// 反转
public static void reverse(List<?> list)
// 随机排序
public static void shuffle(List<?> list) 
// 按自然排序的升序排序
 public static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c)
// 交换两个索引位置的元素
public static void swap(List<?> list, int i, int j)
// 旋转
public static void rotate(List<?> list, int distance)

2.2、查找/替换方法

// 二分查找
int binarySearch(List<? extends Comparable<? super T>> list, T key)
// 根据定制排序，返回最大元素
int max(Collection coll, Comparator c)
// 根据定制排序，返回最小元素
int min(Collection coll, Comparator c)
// 统计元素出现次数
int frequency(Collection c, Object o)，统计元素出现次数
// 统计targe在list中第一次出现的索引
int indexOfSubList(List list, List target)
// 用新元素替换旧元素
boolean replaceAll(List list, Object oldVal, Object newVal)

三、斗地主实例

3.1、代码结构

3.2、常量定义

• 用集合的方式定义扑克牌的花色、牌面数字、大小王。

/**
 * 扑克牌常量定义
 *  * @author zhuhuix
 * @date 2020-06-05
 */
public class Constant {

    // 纸牌花色：黑桃，红心，梅花，方块
    final static List<String> COLORS = new ArrayList<>(
            Arrays.asList(new String[]{"♢", "♣", "♡", "♠"}));
    // 牌面数字
    final static List<String> NUMBERS = new ArrayList<>(
            Arrays.asList(new String[]{"3", "4", "5", "6", "7", "8", "9", "10", "J", "Q", "K", "A", "2"}));
    // 大王小王
    final static List<String> JOKER = new ArrayList<>(
            Arrays.asList(new String[]{"小王","大王"}));
}

3.3、单只牌类

• 在单只牌类的定义中，重写了会影响到牌面大小的compareTo比较方法：
  -- 如果是"王"的两只牌的比较，则"大王"大于"小王";
  -- 如果是"王"与“数字牌”之间的比较，则"王"大于“数字牌”；
  -- 如果是“数字牌”相互之间的比较，数字大的牌则牌面大，如果数字相同，则按花色比较（♢<♣< ♡< ♠）（虽然斗地主不按花色排列大小，但程序会按花色大小进行理牌）。

/**
 * 单只牌
 *  * @author zhuhuix
 * @date 2020-06-05
 */
public class Card implements Comparable {

    // 花色
    private String color = "";
    //数字
    private String number = "";

    public Card() {
    }

    public Card(String color, String number) {
        this.color = color;
        this.number = number;
    }

    public String getColor() {
        return this.color;
    }

    public void setColor(String color) {
        this.color = color;
    }

    public String getNumber() {
        return this.number;
    }

    public void setNumber(String number) {
        this.number = number;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return this.color + this.number;
    }

    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        if (o instanceof Card) {
            int thisColorIndex = Constant.COLORS.indexOf(this.getColor());
            int anotherColorIndex = Constant.COLORS.indexOf(((Card) o).getColor());
            int thisNumberIndex = Constant.NUMBERS.indexOf(this.getNumber());
            int anotherNumberIndex = Constant.NUMBERS.indexOf(((Card) o).getNumber());

            // 大小王之间相互比较: 大王大于小王
            if ("JOKER".equals(this.color) && "JOKER".equals(((Card) o).getColor())) {
                    return thisColorIndex > anotherColorIndex ? 1 : -1;
            }

            // 大小王与数字牌之间相互比较：大小王大于数字牌
            if ("JOKER".equals(this.color) && !"JOKER".equals(((Card) o).getColor())) {
                return 1;
            }
            if (!"JOKER".equals(this.color) && "JOKER".equals(((Card) o).getColor())) {
                return -1;
            }

            // 数字牌之间相互比较: 数字不相等，数字大则牌面大；数字相等 ，花色大则牌面大
            if (thisNumberIndex == anotherNumberIndex) {
                return thisColorIndex > anotherColorIndex ? 1 : -1;
            } else {
                return thisNumberIndex > anotherNumberIndex ? 1 : -1;
            }

        } else {
            return -1;
        }
    }
}

3.4、玩家类

• 玩家类中主要定义了抓牌、洗牌、理牌、找牌、获取最大最小牌、统计炸弹数等成员方法，在这些成员方法中，我们广泛应用了Collections工具类的静态方法。

/**
 1. 玩家
 2.  * @author zhuhuix
 3. @date 2020-06-05
 */
public class Player {

    // 玩家姓名
    private String name;

    // 玩家类型：农民/地主
    private String type;

    // 抓到的牌
    private List<Card> cards;

    public Player(String name, String type) {
        this.name = name;
        this.type = type;
        this.cards = new ArrayList<>();
    }

    // 洗牌 shuffle
    public void shuffle() {
        Collections.shuffle(this.cards);
    }

    // 理牌 sort
    public void sort() {
        Collections.sort(this.cards, Card::compareTo);
    }

    // 抓牌
    public void draw(Card card) {
        this.cards.add(card);
    }

    // 出牌
    public void play(Card card) {
        this.cards.remove(card);
    }

    // 找出最大牌 max
    public Card max() {
        return Collections.max(this.cards, Card::compareTo);
    }

    // 找出最小牌 min
    public Card min() {
        return Collections.min(this.cards, Card::compareTo);
    }

    // 找到指定牌的位置 binarySearch
    public int binarySearch(Card card) {
        return Collections.binarySearch(this.cards, card, Card::compareTo);
    }

    // 统计有几手炸弹 frequency
    public int frequency() {
        int count = 0;
        List<String> numbers= new ArrayList<>();
        List<String> colors= new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < this.cards.size(); i++) {
            colors.add(this.cards.get(i).getColor());
            numbers.add(this.cards.get(i).getNumber());
        }
        for (int j = 0; j < Constant.NUMBERS.size(); j++) {
            if (Collections.frequency(numbers, Constant.NUMBERS.get(j)) == 4) {
                count++;
            }
        }
        if (Collections.frequency(colors, "JOKER") == 2) {
            count++;
        }
        return count;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public String getType() {
        return type;
    }

    public void setType(String type) {
        this.type = type;
    }

    public List<Card> getCards() {
        return cards;
    }

    public void setCards(List<Card> cards) {
        this.cards = cards;
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder poker = new StringBuilder("[");
        Iterator<Card> iterator = this.cards.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            poker.append(iterator.next().toString() + ",");
        }
        poker.setCharAt(poker.length() - 1, ']');
        return this.getType() + ":" + this.getName() + "拿到" + this.cards.size() + "张牌：" + poker;
    }

3.5、主程序

1. 生成一整副牌;
2. 设置3个玩家，其中两个为农民，一个为地主；
3. 3人轮流抓牌，地主多拿三张牌；
4. 玩家理牌看牌（找到最大牌最小牌）；
5. 判断大王是否在地主手上？
6. 统计各个玩家手上有几个炸弹？

/**
 * 斗地主的主程序
 *
 * @author zhuhuix
 * @date 2020-6-5
 */
public class PlayDemo {

    public static void main(String[] args) {

        // 生成一副扑克牌
        Poker poker = new Poker();
        System.out.println("扑克牌共" + poker.getCardCount() + "只");

        // 设置三个玩家，并设定两人为农民，一个为地主
        int playCount = 3;
        Player player1 = new Player("玩家1", "农民");
        Player player2 = new Player("玩家2", "农民");
        Player player3 = new Player("玩家3", "地主");

        // 三个玩家按顺序抓牌
        int i;
        for (i = 0; i < poker.getCardCount() - playCount; i++) {
            if (i % playCount == 0) {
                player1.draw(poker.getCards().get(i));
            } else if (i % playCount == 1) {
                player2.draw(poker.getCards().get(i));
            } else if (i % playCount == 2) {
                player3.draw(poker.getCards().get(i));
            }
        }

        // 地主拿剩余底牌
        while (i < poker.getCardCount()) {
            player3.draw(poker.getCards().get(i));
            i++;
        }

        // 展示三个玩家洗牌后手上的牌面及最大和最小的牌
        player1.sort();
        System.out.println(player1.toString());
        System.out.println("最大牌是："+player1.max().toString()+",最小牌是："+player1.min().toString());
        player2.sort();
        System.out.println(player2.toString());
        System.out.println("最大牌是："+player2.max().toString()+",最小牌是："+player2.min().toString());
        player3.sort();
        System.out.println(player3.toString());
        System.out.println("最大牌是："+player3.max().toString()+",最小牌是："+player3.min().toString());

        // 大王是否在地主手里
        if (player3.binarySearch(new Card("JOKER","大王"))>=0){
            System.out.println("大王在"+player3.getType()+player3.getName()+"手里");
        }

        // 统计有几手炸弹
        System.out.println(player1.getName()+"手上有"+player1.frequency()+"手炸弹");
        System.out.println(player2.getName()+"手上有"+player2.frequency()+"手炸弹");
        System.out.println(player3.getName()+"手上有"+player2.frequency()+"手炸弹");
    }
}

程序输出如下：

四、深入理解

• 我们对其中的一些方法进行源码跟踪
  -- shuffle

 public static void shuffle(List<?> list, Random rnd) {
        int size = list.size();
        if (size < SHUFFLE_THRESHOLD || list instanceof RandomAccess) {
            for (int i=size; i>1; i--)
                swap(list, i-1, rnd.nextInt(i));
        } else {
        	//将集合转化成数组
            Object arr[] = list.toArray();

            //  通过随机数随机交换数组元素位置
            for (int i=size; i>1; i--)
                swap(arr, i-1, rnd.nextInt(i));
			// 通过迭代器将打乱顺序的数组赋值给集合
            ListIterator it = list.listIterator();
            for (int i=0; i<arr.length; i++) {
                it.next();
                it.set(arr[i]);
            }
        }
    }

-- sort

public static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c) {
        list.sort(c);
}
    ...
    default void sort(Comparator<? super E> c) {
        Object[] a = this.toArray();
        //调用数组工具类的排序方法--该方法为改进过的归并排序
        Arrays.sort(a, (Comparator) c);
        ListIterator<E> i = this.listIterator();
        for (Object e : a) {
            i.next();
            i.set((E) e);
        }
    }

-- min/max

public static <T> T min(Collection<? extends T> coll, Comparator<? super T> comp) {
        if (comp==null)
            return (T)min((Collection) coll);

        Iterator<? extends T> i = coll.iterator();
        T candidate = i.next();
		// 通过迭代器循环比较，找到最小的
        while (i.hasNext()) {
            T next = i.next();
            if (comp.compare(next, candidate) < 0)
                candidate = next;
        }
        return candidate;
 }
 
public static <T> T max(Collection<? extends T> coll, Comparator<? super T> comp) {
        if (comp==null)
            return (T)max((Collection) coll);

        Iterator<? extends T> i = coll.iterator();
        T candidate = i.next();
		// 通过迭代器循环比较，找到最大的
        while (i.hasNext()) {
            T next = i.next();
            if (comp.compare(next, candidate) > 0)
                candidate = next;
        }
        return candidate;
}

-- binarySearch

public static <T> int binarySearch(List<? extends T> list, T key, Comparator<? super T> c) {
        if (c==null)
            return binarySearch((List<? extends Comparable<? super T>>) list, key);

        if (list instanceof RandomAccess || list.size()<BINARYSEARCH_THRESHOLD)
            return Collections.indexedBinarySearch(list, key, c);
        else
            return Collections.iteratorBinarySearch(list, key, c);
    }
    ...
    // 二分查找法
    private static <T> int iteratorBinarySearch(List<? extends T> l, T key, Comparator<? super T> c) {
        int low = 0;
        int high = l.size()-1;
        ListIterator<? extends T> i = l.listIterator();

        while (low <= high) {
            int mid = (low + high) >>> 1;
            T midVal = get(i, mid);
            int cmp = c.compare(midVal, key);

            if (cmp < 0)
                low = mid + 1;
            else if (cmp > 0)
                high = mid - 1;
            else
                return mid; // key found
        }
        return -(low + 1);  // key not found
    }