Map：HashMap 與 TreeMap，鍵與值

1. 介紹

在真實世界中，我們經常需要把每個唯一的「鍵」對應到某個「值」。例如電話簿把人的名字對應到電話號碼，字典把單字對應到它的翻譯，成績表中每位學生都有自己的姓名與相應的分數。

在 Java 中，這類需求可以用介面 Map 來完成。它是用來儲存「鍵—值」配對（key-value pair）的集合。

Map 的主要特性：

• 每個鍵都是唯一的（不允許重複）。
• 一個鍵只能對應一個值。
• 值可以重複。

打個比方：如果清單（List）就像餐廳的排隊（每個人站在自己的位置，可用索引取用），那映射（Map）就像有許多格子的櫃子：每個格子有一個號碼（鍵），裡面放著自己的東西（值）。

Map 介面：基本操作

介面 Map 宣告了處理鍵值配對的基本方法：

put(K key, V value)

get(K key)

remove(K key)

containsKey(K key)

containsValue(V value)

size()

isEmpty()

clear()

型別 K 與 V 是泛型參數：K（Key）是鍵的型別，V（Value）是值的型別。

3. 類別 HashMap：依鍵快速存取

什麼是 HashMap？

HashMap 是 Map 介面最常見的實作。它能夠依鍵快速存取對應的值。

重要：HashMap 不保證元素的儲存順序！即使你以特定順序加入鍵，遍歷時也可能以不同順序出現。

如何建立 HashMap？

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        // 建立 Map：鍵為 String，值為 Integer
        Map<String, Integer> ages = new HashMap<>();

        // 新增元素
        ages.put("Vasya", 25);
        ages.put("Petya", 30);
        ages.put("Masha", 22);

        // 依鍵取得值
        int vasyaAge = ages.get("Vasya");
        System.out.println("Vasya 的年齡：" + vasyaAge); // 25

        // 檢查是否存在該鍵
        if (ages.containsKey("Masha")) {
            System.out.println("Masha 在清單中！");
        }

        // 刪除元素
        ages.remove("Petya");

        // 遍歷所有鍵值對
        for (String name : ages.keySet()) {
            System.out.println(name + ": " + ages.get(name));
        }
    }
}

輸出：

Vasya 的年齡：25
Masha 在清單中！
Vasya: 25
Masha: 22

HashMap 的特點

最需要記住的一點：HashMap 中的鍵必須唯一。如果你放入一個已存在的鍵，新值會覆蓋舊值。

值可以重複：多個不同的鍵可以對應到同一個值。

還有一點很重要——元素的順序。HashMap 不在乎加入順序。輸出時項目的排列可能是打亂的——這是正常行為。

4. 類別 TreeMap：依鍵排序

與 HashMap 不同，TreeMap 會依鍵的排序順序儲存元素。

何時使用 TreeMap？

當你需要元素依鍵遞增（或遞減）順序排列時。例如，你想按照字母順序輸出電話簿。

範例：

import java.util.Map;
import java.util.TreeMap;

public class TreeMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, String> phoneBook = new TreeMap<>();

        phoneBook.put("Vasya", "+1-900-123-45-67");
        phoneBook.put("Masha", "+1-900-555-55-55");
        phoneBook.put("Petya", "+1-900-222-33-44");

        for (String name : phoneBook.keySet()) {
            System.out.println(name + ": " + phoneBook.get(name));
        }
    }
}

輸出：

Masha: +1-900-555-55-55
Petya: +1-900-222-33-44
Vasya: +1-900-123-45-67

請注意：鍵是依字母順序排序的。

5. Map 的基本操作

新增與覆蓋元素

Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();
scores.put("Anna", 90);
scores.put("Ivan", 85);
scores.put("Anna", 95); // 會覆蓋 'Anna' 的值

取得值

Integer annaScore = scores.get("Anna"); // 95
Integer unknown = scores.get("Vasya");   // null，如果沒有該鍵

檢查是否存在鍵或值

scores.containsKey("Ivan");    // true
scores.containsValue(85);      // true

依鍵刪除鍵值對

scores.remove("Ivan");

Map 的大小與清空

int size = scores.size();
scores.clear(); // 刪除所有元素

5. 迭代 Map 的元素

Map 不是清單，沒有索引。不過可以這樣遍歷：

按鍵：

for (String key : scores.keySet()) {
    System.out.println("鍵：" + key + "，值：" + scores.get(key));
}

按值：

for (Integer value : scores.values()) {
    System.out.println("值：" + value);
}

按鍵-值配對（最佳方式）：

for (Map.Entry<String, Integer> entry : scores.entrySet()) {
    String key = entry.getKey();
    Integer value = entry.getValue();
    System.out.println(key + " => " + value);
}

何時用 HashMap，何時用 TreeMap？

HashMap 幾乎是「預設」選擇。如果不在乎鍵的順序、而主要追求操作速度，幾乎總是用它。

當你需要有序時就用 TreeMap。它會自動以排序的鍵儲存資料，並能快速找到最小/最大鍵或處理區間。

總結：在 90% 的情況下選擇 HashMap。當資料一開始就需要「有序」時，使用 TreeMap。

6. Map 的使用範例

範例 1：電話簿

Map<String, String> phoneBook = new HashMap<>();
phoneBook.put("Katya", "+1-999-111-22-33");
phoneBook.put("Oleg", "+1-999-222-33-44");
phoneBook.put("Katya", "+1-999-555-66-77"); // Katya 的舊號碼會被新號碼覆蓋

for (Map.Entry<String, String> entry : phoneBook.entrySet()) {
    System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
}

輸出：

Oleg: +1-999-222-33-44
Katya: +1-999-555-66-77

範例 2：統計單字出現次數

假設我們有一個單字清單，想知道每個單字出現了多少次：

import java.util.*;

public class WordCount {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> words = Arrays.asList("蘋果", "香蕉", "蘋果", "梨子", "香蕉", "蘋果");
        Map<String, Integer> counts = new HashMap<>();

        for (String word : words) {
            int oldCount = counts.getOrDefault(word, 0); // 若沒有該鍵則為 0
            counts.put(word, oldCount + 1);
        }

        System.out.println(counts); // {梨子=1, 蘋果=3, 香蕉=2}
    }
}

7. 使用 Map 時的常見錯誤

錯誤 №1：混淆鍵與值。 初學者常會嘗試像在清單一樣用索引取值，或忘了鍵必須唯一。在 Map 中沒有索引——只有鍵。

錯誤 №2：使用 null 鍵與值。 在 HashMap 中允許鍵為 null，但在 TreeMap 中不行（會丟出 NullPointerException）。兩者的值都可以是 null，但實務上很少有幫助。

錯誤 №3：期望 HashMap 中的元素有序。 HashMap 並不保證任何順序。若需要順序——請使用 LinkedHashMap（維持加入順序）或 TreeMap（依鍵排序）。

錯誤 №4：遍歷時同時修改 Map。 如果你在迴圈中遍歷 Map 的同時新增/刪除元素，可能會發生 ConcurrentModificationException。這種情況請使用帶有 remove() 的迭代器，或使用專用的並發集合。

錯誤 №5：用 == 比較鍵與值，而不是 equals。 Map 會用 equals 方法比較鍵（和值）。如果你自己建立作為鍵的類別，務必覆寫 equals 與 hashCode。

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