Java中自然排序和比较器排序详解

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前言

当指执行插入排序、希尔排序、归并排序等算法时,比较两个对象“大小”的比较操作。我们很容易理解整型的 i>j 这样的比较方式,但当我们对多个对象进行排序时,如何比较两个对象的“大小”呢?

这样的比较 stu1 > stu2 显然是不可能通过编译的。为了解决如何比较两个对象大小的问题,JDK提供了两个接口 java.lang.Comparablejava.util.Comparator

一、自然排序:java.lang.Comparable

Comparable 接口中只提供了一个方法:compareTo(Object obj) ,该方法的返回值是 int 。如果返回值为正数,则表示当前对象(调用该方法的对象)比 obj 对象“大”;反之“小”;如果为零的话,则表示两对象相等。

下面是一个实现了 Comparable 接口的 Student 类:

public class Student implements Comparable 
 
 private int id; 
  
 private String name; 
 
 public Student() 
  super(); 
 } 
 
 @Override 
 public int compareTo(Object obj) 
  if (obj instanceof Student) { 
   Student stu = (Student) obj; 
   return id - stu.id; 
  } 
  return 0
 } 
 
 @Override 
 public String toString() 
  return "<" + id + ", " + name + ">"
 } 

Student 实现了自然排序接口 Comparable ,那么我们是怎么利用这个接口对一组 Student 对象进行排序的呢?我们在学习数组的时候,使用了一个类来给整型数组排序:java.util.Arrays 。我们使用 Arrays 的 sort 方法来给整型数组排序。

翻翻 API 文档就会发现, Arrays 里给出了 sort 方法很多重载形式,其中就包括 sort(Object[] obj) ,也就是说 Arryas 也能对对象数组进行排序,排序过程中比较两个对象“大小”时使用的就是 Comparable 接口的 compareTo 方法。

public class CompareTest 
 
 public static void main(String[] args) 
  Student stu1 = new Student(1"Little"); 
  Student stu2 = new Student(2"Cyntin"); 
  Student stu3 = new Student(3"Tony"); 
  Student stu4 = new Student(4"Gemini"); 
   
  Student[] stus = new Student[4]; 
  stus[0] = stu1; 
  stus[1] = stu4; 
  stus[2] = stu3; 
  stus[3] = stu2; 
  System.out.println(“Array: ” + Arrays.toString(stus)); 
  Arrays.sort(stus); 
  System.out.println(“Sort: ” + Arrays.toString(stus)); 
 } 
}

Student 数组里添加元素的顺序并不是按学号 id 来添加的。调用了 Arrays.sort(stus) 之后,对 Student 数组进行排序,不管 sort 是使用哪种排序算法来实现的,比较两个对象“大小”这个操作,它是肯定要做的。那么如何比较两个对象的“大小”?Student 实现的 Comparable 接口就发挥作用了。

sort 方法会将待比较的那个对象强制类型转换成 Comparable ,并调用 compareTo 方法,根据其返回值来判断这两个对象的“大小”。所以,在这个例子中排序后的原 Student 乱序数组就变成了按学号排序的 Student 数组。

但是我们注意到,排序算法和 Student 类绑定了, Student 只有一种排序算法。但现实社会不是这样的,如果我们不想按学号排序怎么办?假如,我们想按姓名来给学生排序怎么办?

我们只能修改 Student 类的 Comparable 接口的 compareTo 方法,改成按姓名排序。如果在同一个系统里有两个操作,一个是按学号排序,另外一个是按姓名排序,这怎么办?不可能在 Student 类体中写两个 compareTo 方法的实现。这么看来Comparable就有局限性了。为了弥补这个不足,JDK 还为我们提供了另外一个排序方式,也就是下面要说的比较器排序。

二、比较器排序:java.util.Comparator

上面我提到了,之所以提供比较器排序接口,是因为有时需要对同一对象进行多种不同方式的排序,这点自然排序 Comparable 不能实现。另外, Comparator 接口的一个好处是将比较排序算法和具体的实体类分离了。

翻翻 API 会发现, Arrays.sort 还有种重载形式:sort(T[] a, Comparator<? super T> c),这个方法参数的写法用到了泛型,我们还没讲到。我们可以把它理解成这样的形式:sort(Object[] a, Comparator c),这个方法的意思是按照比较器 c 给出的比较排序算法,对 Object 数组进行排序。

Comparator 接口中定义了两个方法:compare(Object o1, Object o2) 和 equals 方法,由于 equals 方法所有对象都有的方法,因此当我们实现 Comparator 接口时,我们只需重写 compare 方法,而不需重写 equals 方法。Comparator 接口中对重写 equals 方法的描述是:“注意,不重写 Object.equals(Object) 方法总是安全的。

然而,在某些情况下,重写此方法可以允许程序确定两个不同的 Comparator 是否强行实施了相同的排序,从而提高性能。”。我们只需知道第一句话就OK了,也就是说,可以不用去想应该怎么实现 equals 方法,因为即使我们不显示实现 equals 方法,而是使用Object类的 equals 方法,代码依然是安全的。

那么我们来写个代码,来用一用比较器排序。还是用 Student 类来做,只是没有实现 Comparable 接口。由于比较器的实现类只用显示实现一个方法,因此,我们可以不用专门写一个类来实现它,当我们需要用到比较器时,可以写个匿名内部类来实现 Comparator 。

下面是我们的按姓名排序的方法:

public void sortByName () 
 Student stu1 = new Student(1"Little"); 
 Student stu2 = new Student(2"Cyntin"); 
 Student stu3 = new Student(3"Tony"); 
 Student stu4 = new Student(4"Gemini"); 
  
 Student[] stus = new Student[4]; 
 stus[0] = stu1; 
 stus[1] = stu4; 
 stus[2] = stu3; 
 stus[3] = stu2; 
 System.out.println("Array: " + Arrays.toString(stus)); 
 
 Arrays.sort(stus, new Comparator() { 
 
  @Override 
  public int compare(Object o1, Object o2) 
   if (o1 instanceof Student && o2 instanceof Student) { 
    Student s1 = (Student) o1; 
    Student s2 = (Student) o2; 
    //return s1.getId() - s2.getId(); // 按Id排 
    return s1.getName().compareTo(s2.getName()); // 按姓名排 
   } 
   return 0
  } 
   
 }); 
  
 System.out.println("Sorted: " + Arrays.toString(stus)); 

当我们需要对Student按学号排序时,只需修改我们的排序方法中实现Comparator的内部类中的代码,而不用修改 Student 类。

注意:当然,你也可以用 Student 类实现 Comparator 接口,这样Student就是(is a)比较器了(Comparator)。当需要使用这种排序的时候,将 Student 看作 Comparator 来使用就可以了,可以将 Student 作为参数传入 sort 方法,因为 Student is a Comparator 。

但这样的代码不是个优秀的代码,因为我们之所以使用比较器(Comparator),其中有个重要的原因就是,这样可以把比较算法和具体类分离,降低类之间的耦合。

TreeSet对这两种比较方式都提供了支持,分别对应着TreeSet的两个构造方法:

  • TreeSet():根据TreeSet中元素实现的 Comparable 接口的 compareTo 方法比较排序
  • TreeSet(Comparator comparator):根据给定的 comparator 比较器,对 TreeSet 中的元素比较排序

当向 TreeSet 中添加元素时,TreeSet 就会对元素进行排序。至于是用自然排序还是用比较器排序,就看你的 TreeSet 构造是怎么写的了。当然,添加第一个元素时不会进行任何比较, TreeSet 中都没有元素,和谁比去啊?

下面,分别给出使用两种排序比较方式的 TreeSet 测试代码:

/** 
 * 使用自然排序 
 * Student必须实现Comparable接口,否则会抛出ClassCastException 
 */
 
public void testSortedSet3() 
 Student stu1 = new Student(1"Little"); 
 Student stu2 = new Student(2"Cyntin"); 
 Student stu3 = new Student(3"Tony"); 
 Student stu4 = new Student(4"Gemini"); 
 
 SortedSet set = new TreeSet(); 
 set.add(stu1); 
 set.add(stu3); // 若Student没有实现Comparable接口,抛出ClassCastException 
 set.add(stu4); 
 set.add(stu2); 
 set.add(stu4); 
 set.add(new Student(12"Little")); 
 
 System.out.println(set); 

/** 
 * 使用比较器排序 
 * Student可以只是个简单的Java类,不用实现Comparable接口 
 */
 
public void testSortedSet3() 
 Student stu1 = new Student(1"Little"); 
 Student stu2 = new Student(2"Cyntin"); 
 Student stu3 = new Student(3"Tony"); 
 Student stu4 = new Student(4"Gemini"); 
 
 SortedSet set = new TreeSet(new Comparator() { 
 
  @Override 
  public int compare(Object o1, Object o2) 
   if (o1 instanceof Student 
     && o2 instanceof Student) { 
    Student s1 = (Student) o1; 
    Student s2 = (Student) o2; 
    return s1.getName().compareTo(s2.getName()); 
   } 
   return 0
  } 
   
 }); 
 
 set.add(stu1); 
 set.add(stu3); 
 set.add(stu4); 
 set.add(stu2); 
 set.add(stu4); 
 set.add(new Student(12"Little")); 
 
 System.out.println(set); 

另外,介绍个工具类,java.util.Collections。注意,这不是Collection接口。Collections很像Arrays类。Arrays提供了一系列用于对数组操作的静态方法,查找排序等等。

Collections也提供了一系列这样的方法,只是它是用于处理集合的,虽然Collections类和Collection接口很像,但是不要被Collections的名字给欺骗了,它不是只能处理Collection接口以及子接口的实现类,同样也可以处理Map接口的实现类。

总结

Java中自然排序和比较器排序的介绍就到这里了,文章介绍的还是相对详细的,希望能对大家的学习或者工作带来一定的帮助,如果有疑问大家可以留言交流。

来源:https://blog.csdn.net/awhip9

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原文始发于微信公众号(Java笔记虾):Java中自然排序和比较器排序详解