常見的介面與類 -- Comparable
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介面Comparable
我們在字串中見到過CompareTo方法,知道這個方法是用於比較字串順序的,根據字典順序進行排序。Java中很多類也都有CompareTo方法，甚至於排序演算法的底層組成也是依賴於比較的，而這個比較就是依賴於各種資料型別的CompareTo或者Compare方法。Java中所有的compareTo方法都源於一個介面，那就是Comparable。這個介面只有一個方法，那就是CompareTo。所有想要具有比較功能的類，都建議實現這個介面，而非是自己定義這個功能，這是面向物件的概念（將具有相同功能的事物抽象到一個共同的類或介面），並且為了多型也建議通過實現介面來進行向上轉型，通過介面來操作具體實現，這也是面向介面程式設計要求我們做的。下面我們來具體瞭解一下Comparable介面。
1. 介面概述
檢視API我們發現對Comparable定義如下：
public interface Comparable<T>
此介面強行對實現它的每個類的物件進行整體排序。這種排序被稱為類的自然排序，類的 compareTo 方法被稱為它的自然比較方法。實現此介面的物件列表（和陣列）可以通過 Collections.sort（和 Arrays.sort）進行自動排序。實現此介面的物件可以用作有序對映中的鍵或有序集合中的元素，無需指定比較器。
對於類 C(Collections) 的每一個 e1 (Element)和 e2 來說，當且僅當 e1.compareTo(e2) == 0 與 e1.equals(e2)具有相同的 boolean 值時，類 C 的自然排序才叫做與 equals 一致。注意，null 不是任何類的例項，即使e.equals(null) 返回 false，e.compareTo(null) 也將丟擲 NullPointerException。【這裡也給了我們一種比較兩個資料內容的方法compareTo,如果返回值為0說明比較的內容相同,在下一節詳細方法介紹中我們再探討!】。建議（雖然不是必需的）最好使自然排序與 equals 一致。這是因為在使用自然排序與 equals 不一致的元素（或鍵）時，沒有顯式比較器的有序集合（和有序對映表）行為表現“怪異”。尤其是，這樣的有序集合（或有序對映表）違背了根據 equals 方法定義的集合（或對映表）的常規協定。 例如，如果將兩個鍵 a 和 b 新增到沒有使用顯式比較器的有序集合中，使 (!a.equals(b) && a.compareTo(b) == 0)，那麼第二個 add 操作將返回 false（有序集合的大小沒有增加），因為從有序集合的角度來看，a 和 b 是相等的。
實際上，所有實現 Comparable 的 Java 核心類都具有與 equals 一致的自然排序。java.math.BigDecimal 是個例外，它的自然排序將值相等但精確度不同的 BigDecimal 物件（比如 4.0 和 4.00）視為相等。 從數學上講，定義給定類 C 上自然排序的關係式 如下：
{(x, y)|x.compareTo(y) <= 0}。
整體排序的商是：
{(x, y)|x.compareTo(y) == 0}。它直接遵循 compareTo 的協定，商是 C 的等價關係，自然排序是 C 的整體排序。當說到類的自然排序與 equals一致 時，是指自然排序的商是由類的 equals(Object) 方法定義的等價關係。
{(x, y)|x.equals(y)}。
此介面是 Java Collections Framework 的成員。
回到頂部2. 介面方法詳讀
介面和類一樣都是對共有功能的抽象，不同的是類中的功能是具體的實現，而介面的則是對一個功能的抽象。下面我們瞭解一下Comparable介面的抽象方法，該介面只提供了一個方法，介面方法如下：
| int |
如上所訴，該方法用於比較此物件與指定物件的順序。如果該物件小於、等於或大於指定物件，則分別返回負整數、零或正整數。 根據不同類的實現返回不同，大部分返回1,0和-1三個數，如下測試：
| @Test public void test1(){ Integer i1 = 3; Integer i2 = 7; System.out.println(i2.compareTo(i1));//1 } |
- 實現類必須確保對於所有的 x 和 y 都存在 sgn(x.compareTo(y)) == -sgn(y.compareTo(x)) 的關係。（這意味著如果 y.compareTo(x) 丟擲一個異常，則 x.compareTo(y) 也要丟擲一個異常。）
- 實現類還必須確保關係是可傳遞的：(x.compareTo(y)>0 && y.compareTo(z)>0) 意味著 x.compareTo(z)>0。
- 最後，實現者必須確保 x.compareTo(y)==0 意味著對於所有的 z，都存在 sgn(x.compareTo(z)) == sgn(y.compareTo(z))。 強烈推薦 (x.compareTo(y)==0) == (x.equals(y)) 這種做法，但並不是 嚴格要求這樣做。一般來說，任何實現 Comparable 介面和違背此條件的類都應該清楚地指出這一事實。推薦如此闡述：“注意：此類具有與 equals 不一致的自然排序。”
在前面的描述中，符號 sgn(expression) 指定 signum 數學函式，該函式根據 expression 的值是負數、零還是正數，分別返回 -1、0 或 1 中的一個值。
注意會丟擲的異常:ClassCastException - 如果指定物件的型別不允許它與此物件進行比較。
回到頂部3. 介面方法的實踐操作
程式設計最好的學習莫過於大量的程式碼,通過程式碼發現問題,下面我們就自己來實踐一下Comparable的方法.
3.1 String和Integer對於compareTo()的實現
String和Integer這兩個類都實現了Comparable介面,都對compareTo方法進行了實現,下面我們通過原始碼來看一下它們各自對於該方法的具體實現:
private final char value[];//String的底層是字元陣列 a.compareTo(b)
public int compareTo(String anotherString) {
int len1 = value.length;//獲取呼叫該方法的字串的長度a
int len2 = anotherString.value.length;//獲取比較字串的長度b
int lim = Math.min(len1, len2);//(a <= b) ? a : b; min底層程式碼 這句程式碼是為了獲取較短的字串的長度
char v1[] = value; //建立兩個字元陣列,分別指向這兩個字串的所在
char v2[] = anotherString.value;
//迴圈比較,迴圈次數,是較短的字串的長度,如果用較長的字串的長度,那麼會出現nullPointException
int k = 0;
while (k < lim) {
char c1 = v1[k];
char c2 = v2[k];
//比較相對應索引的元素,如果元素不同則比較返回中間差距的順序,如果相等,那麼就繼續迴圈比較
if (c1 != c2) {
return c1 - c2;//字元對應的Unicode碼錶中的數字,這也就是為什麼說String是按照字典書序比較的,如a比b靠前,那麼a對應的數字比b小,相減返回負數,差多少順序,就返回多少
}
k++;
}
//如果兩個字串的長度不同,其它都相同,那麼返回的就是長度的差距了
return len1 - len2;
}
我們可以看到String對於compareTo的實現就是依據Unicode碼錶中字元對應的數字來判斷的,返回的是字串長度差或者是字元間在碼錶上的差距,依據具體情況,返回也不同.下面我們看看Integer的compareTo();
//Integer的compareTo方法,底層依據的是compare方法,這個方法是Comparator介面的一個方法
public int compareTo(Integer anotherInteger) {
//實際上Integer的比較是通過Integer中包括的整數來比較的
return compare(this.value, anotherInteger.value);
}
public static int compare(int x, int y) {//a.compateTo(b)
//如果a比b小,那麼返回-1,相等就是0,否則就是1
return (x < y) ? -1 : ((x == y) ? 0 : 1);
}
有了對String和Integer的compareTo的實現的瞭解,下面我們試著自己來實現一個類的compareTo方法;
package cn.comparable.introduce;
public class ComparableLength implements Comparable<ComparableLength>{
@Override
public int compareTo(ComparableLength o) {
int len1 = Integer.toString(this.hashCode(), 16).length();
int len2 = Integer.toString(o.hashCode(), 16).length();
return (len1 - len2 > 0) ? 1 : -1 ;
}
public String sort(ComparableLength cl){
if(this.compareTo(cl) == 1){
return "該物件比後者hashcode長度長";
}else {
return "該物件比後者hashcode長度短,也可能相等";
}
}
}
@Test
public void test3(){
ComparableLength c1 = new ComparableLength();
ComparableLength c2 = new ComparableLength();
ComparableLength c3 = new ComparableLength();
ComparableLength c4 = c1;
System.out.println(c1.sort(c2) + c1.hashCode());
System.out.println(c2.sort(c1));
System.out.println(c2.sort(c3) + c2.hashCode());
System.out.println(c1.sort(c3) + c3.hashCode());
System.out.println(c4.sort(c3) + c4.hashCode());
}
如上我們自己也能寫一個比較方法了,但是這個方法只簡單比較了一下物件的hashcode的長度，下面我們比較一下hashcode是否相等，和equals()返回同樣結果,這也是建議我們做的;
package cn.comparable.introduce;
import org.junit.runner.manipulation.Sortable;
public class ComparableLength implements Comparable<ComparableLength>{
public String sort(ComparableLength c2){
if(this.compareTo(c2) == 1)
return "這兩個物件不是同一個物件";
else
return "這兩個物件是同一個物件";
}
@Override
public int compareTo(ComparableLength o) {
String str1 = Integer.toString(this.hashCode());
String str2 = Integer.toString(o.hashCode());
int len1 = str1.length();
int len2 = str2.length();
char[] ch1 = str1.toCharArray();
char[] ch2 = str2.toCharArray();
int lim = len1 - len2 ;
if(lim == 0){
int k = 0;
while (k < len1) {
char char1 = ch1[k];
char char2 = ch2[k];
if(char1 != char2)
return 1;
k++;
}
}else if(lim != 0)
return 1;
return 0;
}
}
@Test
public void test4(){
ComparableLength c1 = new ComparableLength();
ComparableLength c2 = new ComparableLength();
ComparableLength c3 = new ComparableLength();
ComparableLength c4 = c1;
System.out.println(c1.sort(c2) + "--"+c1.equals(c2)+"--"+c1.hashCode());
System.out.println(c2.sort(c1) + "--"+c2.equals(c1));
System.out.println(c2.sort(c3) + "--"+c2.equals(c3)+"--"+c2.hashCode());
System.out.println(c1.sort(c3) + "--"+c1.equals(c3)+"--"+ c3.hashCode());
System.out.println(c4.sort(c1) + "--"+c4.equals(c1)+"--"+ c4.hashCode());
}
我們發現可以實現該功能;
Java中除了提供一個比較方法的介面外,還提供了一個比較器的介面Comparator,下節我們來讀一下Comparator。