Java™ 教程（对象排序）

对象排序

List l可以如下排序。

Collections.sort(l);

如果List包含String元素，它将按字母顺序排序，如果它由Date元素组成，它将按时间顺序排序，这是怎么发生的？String和Date都实现了Comparable接口，Comparable实现为类提供了自然的顺序，允许该类的对象自动排序，下表总结了一些实现Comparable的更重要的Java平台类。

类	自然排序
Byte	有符号数字
Character	无符号数字
Long	有符号数字
Integer	有符号数字
Short	有符号数字
Double	有符号数字
Float	有符号数字
BigInteger	有符号数字
BigDecimal	有符号数字
Boolean	Boolean.FALSE < Boolean.TRUE
File	依赖于系统的路径名称上的字典
String	接字母顺序
Date	按时间顺序
CollationKey	特定于语言环境的字典

如果你尝试对列表进行排序，其中的元素未实现Comparable，Collections.sort(list)将抛出ClassCastException，类似地，如果你尝试使用comparator对其元素无法相互比较的列表进行排序，则Collections.sort(list, comparator)将抛出ClassCastException。虽然不同类型的元素可以相互比较，但这里列出的类别都不允许进行类间比较。

如果你只想对可比较元素的列表进行排序或创建它们的已排序集合，那么你真正需要了解Comparable接口的所有内容，如果要实现自己的Comparable类型，下一部分将是你感兴趣的。

编写自己的Comparable类型

Comparable接口包含以下方法。

public interface Comparable<T> {
    public int compareTo(T o);
}

compareTo方法将接收对象与指定对象进行比较，并返回负整数、0或正整数，具体取决于接收对象是否小于、等于或大于指定对象，如果无法将指定的对象与接收对象进行比较，则该方法将抛出ClassCastException。

以下表示人名的类实现了Comparable。

import java.util.*;

public class Name implements Comparable<Name> {
    private final String firstName, lastName;

    public Name(String firstName, String lastName) {
        if (firstName == null || lastName == null)
            throw new NullPointerException();
        this.firstName = firstName;
        this.lastName = lastName;
    }

    public String firstName() { return firstName; }
    public String lastName()  { return lastName;  }

    public boolean equals(Object o) {
        if (!(o instanceof Name))
            return false;
        Name n = (Name) o;
        return n.firstName.equals(firstName) && n.lastName.equals(lastName);
    }

    public int hashCode() {
        return 31*firstName.hashCode() + lastName.hashCode();
    }

    public String toString() {
    return firstName + " " + lastName;
    }

    public int compareTo(Name n) {
        int lastCmp = lastName.compareTo(n.lastName);
        return (lastCmp != 0 ? lastCmp : firstName.compareTo(n.firstName));
    }
}

为了使前面的例子简短，该类有些限制：它不支持中间名，它要求名字和姓氏，并且它不以任何方式国际化，尽管如此，它还说明了以下要点：

• Name对象是不可变的，在所有其他条件相同的情况下，不可变类型是解决问题的方法，特别是对于将作为集合中的元素或Map中的键使用的对象，如果你在集合中修改元素或键，这些集合将会中断。
• 构造函数检查其参数是否为null，这可以确保所有Name对象都格式正确，这样其他任何方法都不会抛出NullPointerException。
• hashCode方法被重新定义，这对于重新定义equals方法的任何类都是必不可少的（等同对象必须具有相同的哈希码）。
• 如果指定的对象为null或类型不合适，则equals方法返回false，compareTo方法在这些情况下抛出运行时异常，这两种行为都是各自方法的一般契约所要求的。
• toString方法已重新定义，因此它以人类可读的形式打印Name，这总是一个好主意，特别是对于要放入集合的对象，各种集合类型的toString方法依赖于其元素、键和值的toString方法。

由于本节是关于元素排序的，让我们再谈谈Name的compareTo方法，它实现了标准的名称排序算法，其中姓氏优先于名字，这正是你想要的自然顺序，如果自然顺序不自然，那将会非常混乱！

看看compareTo是如何实现的，因为它非常经典，首先，比较对象的最重要部分（在本例中为姓氏），通常，你可以只使用部分类型的自然顺序，在这种情况下，该部分是一个字符串，自然（词典）排序正是所要求的。如果比较的结果不是0（代表相等），那么就完成了：你只需返回结果。如果最重要的部分相同，则继续比较下一个最重要的部分，在这种情况下，只有两个部分 — 名字和姓氏。如果有更多的部分，你会以明显的方式进行，比较部分，直到你发现两个不相等或你正在比较最不重要的部分，此时你将返回比较的结果。

为了说明这一切都是有效的，这里有一个程序，它构建了一个名称列表并对它们进行排序。

import java.util.*;

public class NameSort {
    public static void main(String[] args) {
        Name[] nameArray = {
                new Name("John", "Smith"),
                new Name("Karl", "Ng"),
                new Name("Jeff", "Smith"),
                new Name("Tom", "Rich")
        };

        List<Name> names = Arrays.asList(nameArray);
        Collections.sort(names);
        System.out.println(names);
    }
}

如果你运行这个程序，这是它打印的内容。

[Karl Ng, Tom Rich, Jeff Smith, John Smith]

compareTo方法的行为有四个限制，我们现在不会讨论它们，因为它们相当技术性和枯燥，最好留在API文档中，实现Comparable的所有类都遵守这些限制非常重要，因此如果你正在编写实现它的类，请阅读Comparable的文档。尝试对违反限制的对象列表进行排序具有未定义的行为，从技术上讲，这些限制确保自然顺序是实现它的类的对象的总顺序，这对于确保明确定义排序是必要的。

Comparators

如果你想按一些对象的自然顺序以外的顺序排序，该怎么办？或者，如果要对某些未实现Comparable的对象进行排序，该怎么办？要执行上述任一操作，你需要提供Comparator — 一个封装排序的对象，与Comparable接口一样，Comparator接口由单个方法组成。

public interface Comparator<T> {
    int compare(T o1, T o2);
}

compare方法比较它的两个参数，返回一个负整数、0或一个正整数，具体取决于第一个参数是小于、等于还是大于第二个参数，如果其中一个参数的Comparator类型不合适，则compare方法将抛出ClassCastException。

关于Comparable的大部分内容也适用于Comparator，编写compare方法与编写compareTo方法几乎完全相同，只是前者将两个对象作为参数传入，由于同样的原因，compare方法必须遵守与Comparable的compareTo方法相同的四个技术限制 — Comparator必须对它所比较的​​对象产生总顺序。

假设你有一个名为Employee的类，如下所示。

public class Employee implements Comparable<Employee> {
    public Name name()     { ... }
    public int number()    { ... }
    public Date hireDate() { ... }
       ...
}

让我们假设Employee实例的自然顺序是员工姓名上的Name排序（如上例所定义），不幸的是，老板要求按照资历顺序列出员工名单。这意味着我们必须做一些工作，但并不多，以下程序将生成所需的列表。

import java.util.*;
public class EmpSort {
    static final Comparator<Employee> SENIORITY_ORDER = 
                                        new Comparator<Employee>() {
            public int compare(Employee e1, Employee e2) {
                return e2.hireDate().compareTo(e1.hireDate());
            }
    };

    // Employee database
    static final Collection<Employee> employees = ... ;

    public static void main(String[] args) {
        List<Employee> e = new ArrayList<Employee>(employees);
        Collections.sort(e, SENIORITY_ORDER);
        System.out.println(e);
    }
}

程序中的Comparator相当简单，它依赖于应用于hireDate访问器方法返回的值的Date的自然顺序，注意，Comparator将第二个参数的雇用日期传递给第一个参数，而不是反过来，原因是最近招聘的员工级别最低，按雇用日期顺序排序会使该名单的资历顺序相反，人们有时用来达到这种效果的另一种技术是保持参数顺序，但要否定比较的结果。

// Don't do this!!
return -r1.hireDate().compareTo(r2.hireDate());

你应该总是使用前一种技术来支持后者，因为后者不能保证有效，这样做的原因是compareTo方法可以返回任何负整数，如果它的参数小于调用它的对象。有一个负整型数在被否定时仍然是负的，尽管这看起来很奇怪。

-Integer.MIN_VALUE == Integer.MIN_VALUE

上一个程序中的Comparator可以很好地对List进行排序，但确实存在一个缺陷：它不能用于排序已排序的集合，例如TreeSet，因为它生成的顺序与equals不兼容，这意味着这个Comparator相当于equals方法所没有的对象。特别是，在同一天雇佣的任何两名员工将相等，当你对List进行排序时，这并不重要，但是当你使用Comparator来排序一个已排序的集合时，它是致命的，如果你使用此Comparator将在同一日期雇用的多名员工插入到TreeSet中，则只会将第一个员工添加到该集合中，第二个将被视为重复元素，将被忽略。

要解决此问题，只需调整Comparator，以便生成与equals兼容的排序，换句话说，调整它以便在使用compare时看到相同的唯一元素是那些在使用equals进行比较时也被视为相等的元素。执行此操作的方法是执行两部分比较（像对于Name），其中第一部分是我们感兴趣的部分 — 在这种情况下，是雇用日期 — 第二部分是唯一标识对象的属性，员工编号在这里是明显的属性，这是比较器的结果。

static final Comparator<Employee> SENIORITY_ORDER = 
                                        new Comparator<Employee>() {
    public int compare(Employee e1, Employee e2) {
        int dateCmp = e2.hireDate().compareTo(e1.hireDate());
        if (dateCmp != 0)
            return dateCmp;

        return (e1.number() < e2.number() ? -1 :
               (e1.number() == e2.number() ? 0 : 1));
    }
};

最后一点：你可能想要使用更简单的方法替换Comparator中的最终return语句：

return e1.number() - e2.number();

除非你绝对确定没有人会有负的员工编号，否则不要这样做！这个技巧通常不起作用，因为带符号整数类型不够大，不能表示两个任意带符号整数的差，如果i是一个大的正整数且j是一个大的负整数，i - j将溢出并返回一个负整数，由此产生的comparator违反了我们一直在讨论的四个技术限制之一（传递性）并产生可怕的、微妙的错误，这不是纯粹的理论问题。

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