Set集

以下是 Scala 中 Set 的全面讲解，包括定义、代码格式、可变 / 不可变区别及常用方法，结合实例说明：

一、Set 的定义

Set 是 无序、不重复元素的集合，核心特性：

1. 元素唯一（自动去重，重复元素会被忽略）；
2. 无索引（无序，不能通过下标访问元素）；
3. 底层基于哈希表（不可变 Set）或红黑树（部分可变 Set），查询效率高（O (1) 或 O (log n)）；
4. 支持集合运算（交集、并集、差集等），是函数式编程中常用的数据结构。

二、Set 的代码格式

Scala 中 Set 分为 不可变 Set（默认）和 可变 Set（需显式导入），创建格式不同：

1. 不可变 Set（默认，scala.collection.immutable.Set）

无需导入，直接通过 Set() 构造，元素用逗号分隔：

scala

// 1. 空不可变 Set（需指定类型，否则为 Nothing 类型）
val emptySet: Set[Int] = Set()
val emptySet2 = Set.empty[String]  // 更推荐的空集合创建方式

// 2. 非空不可变 Set（自动推断元素类型）
val numSet = Set(1, 2, 3, 3, 4)  // 自动去重，实际为 Set(1,2,3,4)
val strSet = Set("a", "b", "c")

// 3. 显式指定类型
val mixedSet: Set[Any] = Set(1, "a", true)  // 混合类型（不推荐，违背类型安全）

2. 可变 Set（scala.collection.mutable.Set）

需导入 scala.collection.mutable.Set，否则默认创建不可变 Set：

scala

// 导入可变 Set
import scala.collection.mutable.Set

// 1. 空可变 Set
val mutableEmptySet: Set[Int] = Set.empty[Int]
val mutableEmptySet2 = Set[Double]()

// 2. 非空可变 Set
val mutableNumSet = Set(10, 20, 30)

三、不可变 Set 与可变 Set 的区别

Scala 设计核心是 优先推荐不可变集合（线程安全、无副作用），两者核心差异如下：

特性	不可变 Set（immutable）	可变 Set（mutable）
核心特性	不可修改（增删元素会生成新 Set）	可直接修改（增删元素操作原集合）
线程安全	是（无状态，无需锁）	否（多线程操作需手动加锁）
性能	增删操作效率较低（需复制新集合）	增删操作效率较高（直接修改原集合）
内存占用	频繁修改时内存占用较高（多份副本）	频繁修改时内存占用较低（无副本）
导入要求	无需导入（默认）	需显式导入 scala.collection.mutable.Set
常用场景	元素固定、多线程环境、函数式编程	元素频繁修改、单线程环境、性能敏感场景

关键注意点：

• 不可变 Set 的 “不可修改”：指集合本身的元素不能变，每次增删操作都会返回一个 新的不可变 Set，原集合保持不变：

  scala

  val set1 = Set(1, 2, 3)
  val set2 = set1 + 4  // 原 set1 不变，set2 是新集合 Set(1,2,3,4)
  val set3 = set1 - 2  // set3 是新集合 Set(1,3)
  println(set1)  // 输出：Set(1, 2, 3)（原集合未变）
  

• 可变 Set 的 “可修改”：直接操作原集合，无返回新集合（或返回自身引用）：

  scala

  import scala.collection.mutable.Set
  
  val mutableSet = Set(1, 2, 3)
  mutableSet.add(4)    // 原集合添加元素，返回 Boolean（是否添加成功）
  mutableSet.remove(2) // 原集合删除元素，返回 Boolean（是否删除成功）
  println(mutableSet)  // 输出：Set(1, 3, 4)（原集合已修改）
  

四、Set 常用方法（分不可变 / 可变通用、可变特有）

1. 通用方法（不可变 / 可变 Set 都支持）

（1）元素操作

方法	功能描述	示例代码	输出结果
contains(x)	判断是否包含元素 x	Set(1,2,3).contains(2)	true
+ x / + (x,y)	添加元素（不可变返回新 Set，可变返回自身）	Set(1,2) + 3 / Set(1) + (2,3)	Set(1,2,3)
- x / - (x,y)	删除元素（不可变返回新 Set，可变返回自身）	Set(1,2,3) - 2 / Set(1,2,3) - (1,3)	Set(1,3) / Set(2)
isEmpty	判断是否为空集	Set().isEmpty / Set(1).isEmpty	true / false
nonEmpty	判断是否非空	Set(1).nonEmpty	true
size / sizeHint	获取元素个数 / 预分配容量（优化性能）	Set(1,2,3).size	3
head	获取第一个元素（无序，实际是哈希顺序）	Set(1,2,3).head	1（不确定，因无序）
tail	获取除第一个元素外的所有元素（返回新 Set）	Set(1,2,3).tail	Set(2,3)
last	获取最后一个元素（无序）	Set(1,2,3).last	3（不确定）
foreach(f)	遍历元素并执行函数 f	Set(1,2,3).foreach(println)	123（顺序不确定）
filter(f)	过滤元素（保留满足 f 的元素，返回新 Set）	Set(1,2,3,4).filter(_ % 2 == 0)	Set(2,4)
map(f)	元素映射（返回新 Set）	Set(1,2,3).map(_ * 2)	Set(2,4,6)
flatMap(f)	扁平化映射（返回新 Set）	Set("ab", "cd").flatMap(_.toCharArray)	Set(a, b, c, d)

（2）集合运算（交集、并集、差集等）

方法	功能描述	示例代码	输出结果
union(that) / ++ that	并集（合并两个 Set，去重）	Set(1,2) union Set(2,3) / Set(1) ++ Set(2,3)	Set(1,2,3)
intersect(that) / & that	交集（保留共同元素）	Set(1,2,3) intersect Set(2,3,4) / Set(1,2) & Set(2,3)	Set(2,3)
diff(that) / -- that	差集（保留当前 Set 独有的元素）	Set(1,2,3) diff Set(2,4) / Set(1,2) -- Set(2)	Set(1,3) / Set(1)
subsetOf(that)	判断是否为 that 的子集	Set(1,2).subsetOf(Set(1,2,3))	true
supersetOf(that)	判断是否为 that 的超集	Set(1,2,3).supersetOf(Set(1,2))	true
distinct	去重（Set 本身无重复，仅用于兼容其他集合）	Set(1,1,2).distinct	Set(1,2)

2. 可变 Set 特有方法（仅 mutable.Set 支持）

可变 Set 提供直接修改原集合的方法（无返回新集合，或返回布尔值 / 自身）：

方法	功能描述	示例代码	输出结果
add(x)	添加元素 x，成功返回 true，失败（已存在）返回 false	val ms = Set(1,2); ms.add(3)	true（ms 变为 Set (1,2,3)）
remove(x)	删除元素 x，成功返回 true，失败（不存在）返回 false	ms.remove(2)	true（ms 变为 Set (1,3)）
addAll(that)	添加另一个集合的所有元素	ms.addAll(Set(4,5))	ms 变为 Set(1,3,4,5)
removeAll(that)	删除另一个集合的所有元素	ms.removeAll(Set(3,5))	ms 变为 Set(1,4)
retain(f)	保留满足条件 f 的元素（原地过滤）	ms.retain(_ % 2 == 0)	ms 变为 Set(4)
clear()	清空集合	ms.clear()	ms 变为 Set()
update(x, b)	等价于 if (b) add(x) else remove(x)	ms.update(6, true) / ms.update(4, false)	ms 变为 Set(6)
iterator	获取迭代器（可修改集合元素）	val it = ms.iterator; it.next()	6（迭代器遍历）

3. 其他实用方法

• mkString(sep)：将元素拼接为字符串（指定分隔符）：

  scala

  Set(1,2,3).mkString(", ")  // 输出："1, 2, 3"
  

• forall(f)：判断所有元素是否满足条件 f：

  scala

  Set(2,4,6).forall(_ % 2 == 0)  // 输出：true
  

• exists(f)：判断是否存在元素满足条件 f：

  scala

  Set(1,3,5).exists(_ % 2 == 0)  // 输出：false
  

• take(n)：获取前 n 个元素（无序，返回新 Set）：

  scala

  Set(1,2,3,4).take(2)  // 输出：Set(1,2)（顺序不确定）
  

五、注意事项

1. 无序性：Set 无索引，不能用 apply(index) 访问元素（会报错），遍历顺序不固定（取决于哈希值）；
2. 元素要求：Set 元素必须是 可哈希的（即实现 hashCode 和 equals 方法），否则无法存储（如 Array 不可作为 Set 元素，因数组的 hashCode 是地址值，而 List 可作为元素）；
3. 不可变优先：开发中优先使用不可变 Set（默认），仅当需要频繁修改元素且追求性能时，才使用可变 Set；
4. 空集合创建：推荐用 Set.empty[T] 代替 Set[T]()，代码更简洁且可读性更高。