java对象的比较

男娘i 2024-04-28 07:38 70阅读 0赞

#### java对象的比较 ####

*  ?1. 问题提出?
 *  ?2. 元素的比较?
 *   *  2.1 基本类型的比较
     *  2.2 对象的比较
 *  ? 3. 对象的比较 ?
 *   *  3.1 覆写基类的equal
     *  3.2 基于\`Comparble\`接口类的比较
     *  3.3 基于比较器比较
     *  3.4 三种方式对比
 *  ?4. 集合框架中\`PriorityQueue\`的比较方式?
 *  ?5. 模拟实现\`PriorityQueue\`?

**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？

![202304211044850.png][]

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。

![202304211045594.png][] ![202304211052161.png][]

## ?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

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 ###

![202304211047353.png][] ![202304211052859.png][]

## ?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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