Java数据结构之对象比较详解

2022-11-13 12:11:09 对象 数据结构 详解

本篇博客主要内容：

  • Java中对象的比较
  • 集合框架中PriorityQueue的比较方式
  • 模拟实现PriorityQueue

1. PriorityQueue中插入对象

优先级队列在插入元素时有个要求：插入的元素不能是null或者元素之间必须要能够 进行比较，为了简单起见，我们只是插入了Integer类型，那优先级队列中能否插入自定义类型对象呢？

class Card {
    public int rank;   // 数值
    public String suit; // 花色
    public Card(int rank, String suit) {
    this.rank = rank;
    this.suit = suit;
    }
    }
    
    public class TestPriorityQueue {
    public static void TestPriorityQueue()
    {
    PriorityQueue<Card> p = new PriorityQueue<>();
    p.offer(new Card(1, "♠"));
    p.offer(new Card(2, "♠"));
    }
    
    public static void main(String[] args) {
    TestPriorityQueue();
    }
}

优先级队列底层使用堆，而向堆中插入元素时，为了满足堆的性质，必须要进行元素的比较，而此时Card是没有办法直接进行比较的，因此抛出异常。

2. 元素的比较

2.1 基本类型的比较

在Java中，基本类型的对象可以直接比较大小。

public class TestCompare {
    public static void main(String[] args) {
    int a = 10;
    int b = 20;
    System.out.println(a > b);
    System.out.println(a < b);
    System.out.println(a == b);
    
    char c1 = 'A';
    char c2 = 'B';
    System.out.println(c1 > c2);
    System.out.println(c1 < c2);
    System.out.println(c1 == c2);
    
    boolean b1 = true;
    boolean b2 = false;
    System.out.println(b1 == b2);
    System.out.println(b1 != b2);
    }
}

2.2 对象比较的问题

class Card {
    public int rank;   // 数值
    public String suit; // 花色
    public Card(int rank, String suit) {
    this.rank = rank;
    this.suit = suit;
    }
    }
    
    public class TestPriorityQueue {
    public static void main(String[] args) {
    Card c1 = new Card(1, "♠");
    Card c2 = new Card(2, "♠");
    Card c3 = c1;
    //System.out.println(c1 > c2);  // 编译报错
    System.out.println(c1 == c2); // 编译成功 ----> 打印false ，因为c1和c2指向的是不同对象 //System.out.println(c1 < c2);  // 编译报错
    System.out.println(c1 == c3); // 编译成功 ----> 打印true ，因为c1和c3指向的是同一个对象 }
}

c1、c2和c3分别是Card类型的引用变量，上述代码在比较编译时：

  • c1 > c2 编译失败
  • c1== c2 编译成功
  • c1 < c2 编译失败

从编译结果可以看出， Java中引用类型的变量不能直接按照 > 或者 < 方式进行比较。 那为什么‘==‘可以比较？

因为： 对于用户实现自定义类型，都默认继承自Object类，而Object类中提供了equal方法，而==默认情况下调用的就是equal方法，但是该方法的比较规则是： 没有比较引用变量引用对象的内容，而是直接比较引用变量的地 址 ，但有些情况下该种比较就不符合题意。

比较引用类型的关系：

  • 大小关系
  • 相等关系

以扑克牌的数值和花色为例子：

比较：

//数值比较器
class RankComparator implements Comparator<Card>{

    @Override
    public int compare(Card o1, Card o2) {
        return o1.rank-o2.rank;
    }
    
}
//花色比较器
class SuitComparator implements Comparator<Card>{

    @Override
    public int compare(Card o1, Card o2) {
        return o1.suit.compareTo(o2.suit);
    }
}
public class Test01 {
    
    public static void main(String[] args) {
        //数值比较器
        RankComparator rankComparator=new RankComparator();
        Card card1=new Card(1,"♠");
        Card card2=new Card(2,"♣");
        rankComparator.compare(card1,card2);
        
        //花色比较器
        SuitComparator suitComparator=new SuitComparator();
        System.out.println(suitComparator.compare(card1,card2));
    }
}


// Object中equal的实现 ，可以看到：直接比较的是两个引用变量的地址
public boolean equals(Object obj) {
return (this == obj);
}

判断相等：

class Card implements Comparable<Card>{
    public int rank;   // 数值
    public String suit; // 花色
    public Card(int rank, String suit) {
        this.rank = rank;
        this.suit = suit;
    }

    public Card() {
        super();
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        return super.hashCode();
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if(this==obj)return true;
        if(obj==null || getClass()!=obj.getClass())return false;
        Card card=(Card)obj;
        return rank== card.rank && Objects.equals(suit,card.suit);
    }

    @Override
    public int compareTo(Card o) {
        return this.rank-o.rank;
    }
}
public class Test01 {
    public static void main(String[] args) {
        Card card1=new Card(1,"♠");
        Card card2=new Card(2,"♠");
        System.out.println(card1==card2);//判断两张牌的地址是否相等
        System.out.println(card1.equals(card2));//判断两张牌是否相等
        System.out.println(card1.compareTo(card2));//比较两张牌
    }
}

3. 对象的比较

3.1 覆写基类的equals

public class Card {
    public int rank;   // 数值
    public String suit; // 花色
    public Card(int rank, String suit) {
    this.rank = rank;
    this.suit = suit;
    }
    
    @Override
    public boolean equals(Object o) {
    // 自己和自己比较
    if (this == o) {
    return true;
    }
    // o如果是null对象 ，或者o不是Card的子类
    if (o == null | | !(o instanceof Card)) {
    return false;
    }
    // 注意基本类型可以直接比较 ，但引用类型最好调用其equal方法
    Card c = (Card)o;
    return rank == c.rank
    && suit.equals(c.suit);
    }
}

注意： 一般覆写 equals 的套路就是上面演示的

1、如果指向同一个对象，返回 true

2、如果传入的为 null，返回 false

3、 如果传入的对象类型不是 Card，返回 false

4、 按照类的实现目标完成比较，例如这里只要花色和数值一样，就认为是相同的牌

5、注意下调用其他引用类型的比较也需要 equals，例如这里的 suit 的比较

覆写基类equal的方式虽然可以比较，但缺陷是： equal只能按照相等进行比较，不能按照大于、小于的方式进行 比较。

3.2 基于Comparble接口类的比较

Comparble是jdk提供的泛型的比较接口类，源码实现具体如下：

public interface Comparable<E> {
    // 返回值:
    // < 0: 表示 this 指向的对象小于 o 指向的对象
    // == 0: 表示 this 指向的对象等于 o 指向的对象
    // > 0: 表示 this 指向的对象大于 o 指向的对象
    int compareTo(E o);
}

对于用户自定义类型，如果要想按照大小与方式进行比较时： 在定义类时，实现Comparble接口即可，然后在类 中重写compareTo方法。

public class Card implements Comparable<Card> { public int rank;   // 数值
    public String suit; // 花色
    public Card(int rank, String suit) {
    this.rank = rank;
    this.suit = suit;
    }
    // 根据数值比较 ，不管花色
    // 这里我们认为 null 是最小的
    @Override
    public int compareTo(Card o) {
    if (o == null) {
    return 1;
    }
    return rank - o.rank;
    }
    
    public static void main(String[] args){
    Card p = new Card(1, "♠");
    Card q = new Card(2, "♠");
    Card o = new Card(1, "♠");
    System.out.println(p.compareTo(o));    // == 0 ，表示牌相等
    System.out.println(p.compareTo(q));    // < 0 ，表示 p 比较小
    System.out.println(q.compareTo(p));    // > 0 ，表示 q 比较大
    }
}

Compareble是java.lang中的接口类，可以直接使用。

3.3 基于比较器比较

按照比较器方式进行比较，具体步骤如下：

用户自定义比较器类，实现Comparator接口

public interface Comparator<T> {
// 返回值:
// < 0: 表示 o1 指向的对象小于 o2 指向的对象
// == 0: 表示 o1 指向的对象等于 o2 指向的对象
// > 0: 表示 o1 指向的对象等于 o2 指向的对象
int compare(T o1, T o2);
}

注意：

区分Comparable和Comparator。

  • 覆写Comparator中的compare方法。
  • Comparator是java.util 包中的泛型接口类，使用时必须导入对应的包。
  • Compareble是java.lang中的接口类，可以直接使用。
import java.util.Comparator;

class Card {
	public int rank;   // 数值
	public String suit; // 花色
	public Card(int rank, String suit) {
	this.rank = rank;
	this.suit = suit;
	}
	}
	
	class CardComparator implements Comparator<Card> {
	// 根据数值比较 ，不管花色
	// 这里我们认为 null 是最小的
	@Override
	public int compare(Card o1, Card o2) {
	if (o1 == o2) {
	return 0;
	}
	
	if (o1 == null) {
	return -1;
	}
	if (o2 == null) {
	return 1;
	}
	
	return o1.rank - o2.rank;
	}
	
	public static void main(String[] args){
	Card p = new Card(1, "♠");
	Card q = new Card(2, "♠");
	Card o = new Card(1, "♠");
	// 定义比较器对象
	CardComparator cmptor = new CardComparator();
	// 使用比较器对象进行比较
	System.out.println(cmptor.compare(p, o)); System.out.println(cmptor.compare(p, q)); System.out.println(cmptor.compare(q, p));
	}
}

3.4 三种方式的对比

覆写的方法说明
Object.equals因为所有类都是继承自 Object 的，所以直接覆写即可，不过只能比较相等与 否
Comparable.compareTo需要手动实现接口，侵入性比较强，但一旦实现，每次用该类都有顺序，属于内部顺序
Comparator.compare需要实现一个比较器对象，对待比较类的侵入性弱，但对算法代码实现侵入性强

4.集合框架中PriorityQueue的比较方式

集合框架中的PriorityQueue底层使用堆结构，因此其内部的元素必须要能够比大小， PriorityQueue采用了： Comparble和Comparator两种方式。

1.Comparble是默认的内部比较方式，如果用户插入自定义类型对象时，该类对象必须要实现Comparble接 口，并覆写compareTo方法

2.用户也可以选择使用比较器对象，如果用户插入自定义类型对象时，必须要提供一个比较器类，让该类实现 Comparator接口并覆写compare方法。

// JDK中PriorityQueue的实现：
public class PriorityQueue<E> extends AbstractQueue<E>
    implements java.io.Serializable {
    // ...
    // 默认容量
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 11;
    // 内部定义的比较器对象 ，用来接收用户实例化PriorityQueue对象时提供的比较器对象
    private final Comparator<? super E> comparator;
    // 用户如果没有提供比较器对象 ，使用默认的内部比较 ，将comparator置为null
    public PriorityQueue() {
    this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, null);
    }
    // 如果用户提供了比较器 ，采用用户提供的比较器进行比较
    public PriorityQueue(int initialCapacity, Comparator<? super E> comparator) {
    // Note: This restriction of at least one is not actually needed,
    // but continues for 1.5 compatibility
    if (initialCapacity < 1)
    throw new IllegalArgumentException();
    this.queue = new Object[initialCapacity];
    this.comparator = comparator;
    }
    
    // ...
    // 向上调整：
    // 如果用户没有提供比较器对象 ，采用Comparable进行比较
    // 否则使用用户提供的比较器对象进行比较
    private void siftUp(int k, E x) {
    if (comparator != null)
    siftUpUsinGComparator(k, x);
    else
    siftUpComparable(k, x);
    }
    // 使用Comparable
    @SuppressWarnings("unchecked")
    private void siftUpComparable(int k, E x) {
    Comparable<? super E> key = (Comparable<? super E>) x;
    while (k > 0) {
    int parent = (k - 1) >>> 1;
    Object e = queue[parent];
    if (key.compareTo((E) e) >= 0)
    break;
    queue[k] = e;
    k = parent;
    }
    queue[k] = key;
    }
    // 使用用户提供的比较器对象进行比较
    @SuppressWarnings("unchecked")
    
    private void siftUpUsingComparator(int k, E x) {
    while (k > 0) {
    int parent = (k - 1) >>> 1;
    Object e = queue[parent];
    if (comparator.compare(x, (E) e) >= 0) break;
    queue[k] = e;
    k = parent;
    }
    queue[k] = x;
    }
}

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