java对象的比较
大家好，我是晓星航。今天为大家带来的是 java对象的比较 相关内容的讲解！😀
🐱1. 问题提出🐱
上节课我们讲了优先级队列，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 对象的比较
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。
// 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); }
🐭 3. 对象的比较 🐭
有些情况下，需要比较的是对象中的内容，比如：向优先级队列中插入某个对象时，需要对按照对象中内容来调整堆，那该如何处理呢？
3.1 覆写基类的equal
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
如果指向同一个对象，返回 true
如果传入的为 null，返回 false
如果传入的对象类型不是 Card，返回 false
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
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 指向的对象等于 o 指向的对象 int compareTo(E o); }
对用用户自定义类型，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
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)); // == 0，表示牌相等 System.out.println(cmptor.compare(p, q)); // < 0，表示 p 比较小 System.out.println(cmptor.compare(q, p)); // > 0，表示 q 比较大 } }
注意：Comparator是java.util 包中的泛型接口类，使用时必须导入对应的包。
3.4 三种方式对比
🐹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; } }
🐰5. 模拟实现PriorityQueue🐰
class LessIntComp implements Comparator<Integer>{ @Override public int compare(Integer o1, Integer o2) { return o1 - o2; } } class GreaterIntComp implements Comparator<Integer>{ @Override public int compare(Integer o1, Integer o2) { return o2 - o1; } } // 假设：创建的是小堆----泛型实现 public class MyPriorityQueue<E> { private Object[] hp; private int size = 0; private Comparator<? super E> comparator = null; // java8中：优先级队列的默认容量是11 public MyPriorityQueue(Comparator<? super E> com) { hp = new Object[11]; size = 0; comparator = com; } public MyPriorityQueue() { hp = new Object[11]; size = 0; comparator = null; } // 按照指定容量设置大小 public MyPriorityQueue(int capacity) { capacity = capacity < 1 ? 11 : capacity; hp = new Object[capacity]; size = 0; } // 注意：没有此接口，给学生强调清楚 // java8中：可以将一个集合中的元素直接放到优先级队列中 public MyPriorityQueue(E[] array){ // 将数组中的元素放到优先级队列底层的容器中 hp = Arrays.copyOf(array, array.length); size = hp.length; // 对hp中的元素进行调整 // 找到倒数第一个非叶子节点 for(int root = ((size-2)>>1); root >= 0; root--){ shiftDown(root); } } // 插入元素 public void offer(E val){ // 先检测是否需要扩容 grow(); // 将元素放在最后位置，然后向上调整 hp[size] = val; size++; shiftUp(size-1); } // 删除元素: 删除堆顶元素 public void poll(){ if(isEmpty()){ return; } // 将堆顶元素与堆中最后一个元素进行交换 swap((E[])hp, 0, size-1); // 删除最后一个元素 size--; // 将堆顶元素向下调整 shiftDown(0); } public int size(){ return size; } public E peek(){ return (E)hp[0]; } boolean isEmpty(){ return 0 == size; } // 向下调整 private void shiftDown(int parent){ if(null == comparator){ shiftDownWithcompareTo(parent); } else{ shiftDownWithComparetor(parent); } } // 使用比较器比较 private void shiftDownWithComparetor(int parent){ // child作用：标记最小的孩子 // 因为堆是一个完全二叉树，而完全二叉树可能有左没有有 // 因此：默认情况下，让child标记左孩子 int child = parent * 2 + 1; // while循环条件可以一直保证parent左孩子存在，但是不能保证parent的右孩子存在 while(child < size) { // 找parent的两个孩子中最小的孩子，用child进行标记 // 注意：parent的右孩子可能不存在 // 调用比较器来进行比较 if(child+1 < size && comparator.compare((E)hp[child+1], (E)hp[child]) < 0 ){ child += 1; } // 如果双亲比较小的孩子还大，将双亲与较小的孩子交换 if(comparator.compare((E)hp[child], (E)hp[parent]) < 0) { swap((E[])hp, child, parent); // 小的元素往下移动，可能导致parent的子树不满足堆的性质 // 因此：需要继续向下调整 parent = child; child = child*2 + 1; } else{ return; } } } // 使用compareTo比较 private void shiftDownWithcompareTo(int parent){ // child作用：标记最小的孩子 // 因为堆是一个完全二叉树，而完全二叉树可能有左没有有 // 因此：默认情况下，让child标记左孩子 int child = parent * 2 + 1; // while循环条件可以一直保证parent左孩子存在，但是不能保证parent的右孩子存在 while(child < size) { // 找parent的两个孩子中最小的孩子，用child进行标记 // 注意：parent的右孩子可能不存在 // 向上转型，因为E的对象都实现了Comparable接口 if(child+1 < size && ((Comparable<? super E>)hp[child]). compareTo((E)hp[child])< 0){ child += 1; } // 如果双亲比较小的孩子还大，将双亲与较小的孩子交换 if(((Comparable<? super E>)hp[child]).compareTo((E)hp[parent]) < 0){ swap((E[])hp, child, parent); // 小的元素往下移动，可能导致parent的子树不满足堆的性质 // 因此：需要继续向下调整 parent = child; child = child*2 + 1; } else{ return; } } } // 向上调整 void shiftUp(int child){ if(null == comparator){ shiftUpWithCompareTo(child); } else{ shiftUpWithComparetor(child); } } void shiftUpWithComparetor(int child){ // 获取孩子节点的双亲 int parent = ((child-1)>>1); while(0 != child){ // 如果孩子比双亲还小，则不满足小堆的性质，交换 if(comparator.compare((E)hp[child], (E)hp[parent]) < 0){ swap((E[])hp, child, parent); child = parent; parent = ((child-1)>>1); } else{ return; } } } void shiftUpWithCompareTo(int child){ // 获取孩子节点的双亲 int parent = ((child-1)>>1); while(0 != child){ // 如果孩子比双亲还小，则不满足小堆的性质，交换 if(((Comparable<? super E>)hp[child]).compareTo((E)hp[parent]) < 0){ swap((E[])hp, child, parent); child = parent; parent = ((child-1)>>1); } else{ return; } } } void swap(E[] hp, int i, int j){ E temp = hp[i]; hp[i] = hp[j]; hp[j] = temp; } // 仿照JDK8中的扩容方式，注意还是有点点的区别，具体可以参考源代码 void grow(){ int oldCapacity = hp.length; if(size() >= oldCapacity){ // Double size if small; else grow by 50% int newCapacity = oldCapacity + ((oldCapacity < 64) ? (oldCapacity + 2) : (oldCapacity >> 1)); hp = Arrays.copyOf(hp, newCapacity); } } public static void main(String[] args) { int[] arr = {4,1,9,2,8,0,7,3,6,5}; // 小堆---采用比较器创建小堆 MyPriorityQueue<Integer> mq1 = new MyPriorityQueue(new LessIntComp()); for(int e : arr){ mq1.offer(e); } // 大堆---采用比较器创建大堆 MyPriorityQueue<Integer> mq2 = new MyPriorityQueue(new GreaterIntComp()); for(int e : arr){ mq2.offer(e); } // 小堆--采用CompareTo比较创建小堆 MyPriorityQueue<Integer> mq3 = new MyPriorityQueue(); for(int e : arr){ mq3.offer(e); } } }
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