Java中自然排序和比较器排序详解

前言

当指执行插入排序、希尔排序、归并排序等算法时，比较两个对象“大小”的比较操作。我们很容易理解整型的 i>j 这样的比较方式，但当我们对多个对象进行排序时，如何比较两个对象的“大小”呢？这样的比较 stu1 > stu2 显然是不可能通过编译的。为了解决如何比较两个对象大小的问题，jdk提供了两个接口 java.lang.comparable 和 java.util.comparator 。

一、自然排序：java.lang.comparable

comparable 接口中只提供了一个方法： compareto(object obj) ，该方法的返回值是 int 。如果返回值为正数，则表示当前对象(调用该方法的对象)比 obj 对象“大”；反之“小”；如果为零的话，则表示两对象相等。

下面是一个实现了 comparable 接口的 student 类：

public class student implements comparable { 
 
 private int id; 
  
 private string name; 
 
 public student() { 
  super(); 
 } 
 
 @override 
 public int compareto(object obj) { 
  if (obj instanceof student) { 
   student stu = (student) obj; 
   return id - stu.id; 
  } 
  return 0; 
 } 
 
 @override 
 public string tostring() { 
  return "<" + id + ", " + name + ">"; 
 } 
} 

student 实现了自然排序接口 comparable ，那么我们是怎么利用这个接口对一组 student 对象进行排序的呢？我们在学习数组的时候，使用了一个类来给整型数组排序： java.util.arrays 。我们使用 arrays 的 sort 方法来给整型数组排序。翻翻 api 文档就会发现， arrays 里给出了 sort 方法很多重载形式，其中就包括 sort(object[] obj) ，也就是说 arryas 也能对对象数组进行排序，排序过程中比较两个对象“大小”时使用的就是 comparable 接口的 compareto 方法。

public class comparetest { 
 
 public static void main(string[] args) { 
  student stu1 = new student(1, "little"); 
  student stu2 = new student(2, "cyntin"); 
  student stu3 = new student(3, "tony"); 
  student stu4 = new student(4, "gemini"); 
   
  student[] stus = new student[4]; 
  stus[0] = stu1; 
  stus[1] = stu4; 
  stus[2] = stu3; 
  stus[3] = stu2; 
  system.out.println(“array: ” + arrays.tostring(stus)); 
  arrays.sort(stus); 
  system.out.println(“sort: ” + arrays.tostring(stus)); 
 } 
} 

student 数组里添加元素的顺序并不是按学号 id 来添加的。调用了 arrays.sort(stus) 之后，对 student 数组进行排序，不管 sort 是使用哪种排序算法来实现的，比较两个对象“大小”这个操作，它是肯定要做的。那么如何比较两个对象的“大小”？ student 实现的 comparable 接口就发挥作用了。 sort 方法会将待比较的那个对象强制类型转换成 comparable ，并调用 compareto 方法，根据其返回值来判断这两个对象的“大小”。所以，在这个例子中排序后的原 student 乱序数组就变成了按学号排序的 student 数组。

但是我们注意到，排序算法和 student 类绑定了， student 只有一种排序算法。但现实社会不是这样的，如果我们不想按学号排序怎么办？假如，我们想按姓名来给学生排序怎么办？我们只能修改 student 类的 comparable 接口的 compareto 方法，改成按姓名排序。如果在同一个系统里有两个操作，一个是按学号排序，另外一个是按姓名排序，这怎么办？不可能在 student 类体中写两个 compareto 方法的实现。这么看来comparable就有局限性了。为了弥补这个不足，jdk 还为我们提供了另外一个排序方式，也就是下面要说的比较器排序。

二、比较器排序：java.util.comparator

上面我提到了，之所以提供比较器排序接口，是因为有时需要对同一对象进行多种不同方式的排序，这点自然排序 comparable 不能实现。另外， comparator 接口的一个好处是将比较排序算法和具体的实体类分离了。

翻翻 api 会发现， arrays.sort 还有种重载形式：sort(t[] a, comparator<? super t> c) ，这个方法参数的写法用到了泛型，我们还没讲到。我们可以把它理解成这样的形式： sort(object[] a, comparator c) ，这个方法的意思是按照比较器 c 给出的比较排序算法，对 object 数组进行排序。comparator 接口中定义了两个方法： compare(object o1, object o2) 和 equals 方法，由于 equals 方法所有对象都有的方法，因此当我们实现 comparator 接口时，我们只需重写 compare 方法，而不需重写 equals 方法。comparator 接口中对重写 equals 方法的描述是：“注意，不重写 object.equals(object) 方法总是安全的。然而，在某些情况下，重写此方法可以允许程序确定两个不同的 comparator 是否强行实施了相同的排序，从而提高性能。”。我们只需知道第一句话就ok了，也就是说，可以不用去想应该怎么实现 equals 方法，因为即使我们不显示实现 equals 方法，而是使用object类的 equals 方法，代码依然是安全的。

那么我们来写个代码，来用一用比较器排序。还是用 student 类来做，只是没有实现 comparable 接口。由于比较器的实现类只用显示实现一个方法，因此，我们可以不用专门写一个类来实现它，当我们需要用到比较器时，可以写个匿名内部类来实现 comparator 。

下面是我们的按姓名排序的方法：

public void sortbyname () { 
 student stu1 = new student(1, "little"); 
 student stu2 = new student(2, "cyntin"); 
 student stu3 = new student(3, "tony"); 
 student stu4 = new student(4, "gemini"); 
  
 student[] stus = new student[4]; 
 stus[0] = stu1; 
 stus[1] = stu4; 
 stus[2] = stu3; 
 stus[3] = stu2; 
 system.out.println("array: " + arrays.tostring(stus)); 
 
 arrays.sort(stus, new comparator() { 
 
  @override 
  public int compare(object o1, object o2) { 
   if (o1 instanceof student && o2 instanceof student) { 
    student s1 = (student) o1; 
    student s2 = (student) o2; 
    //return s1.getid() - s2.getid(); // 按id排 
    return s1.getname().compareto(s2.getname()); // 按姓名排 
   } 
   return 0; 
  } 
   
 }); 
  
 system.out.println("sorted: " + arrays.tostring(stus)); 
} 

当我们需要对student按学号排序时，只需修改我们的排序方法中实现comparator的内部类中的代码，而不用修改 student 类。

注意： 当然，你也可以用 student 类实现 comparator 接口，这样student就是（is a）比较器了（comparator）。当需要使用这种排序的时候，将 student 看作 comparator 来使用就可以了，可以将 student 作为参数传入 sort 方法，因为 student is a comparator 。但这样的代码不是个优秀的代码，因为我们之所以使用比较器（comparator），其中有个重要的原因就是，这样可以把比较算法和具体类分离，降低类之间的耦合。

treeset对这两种比较方式都提供了支持，分别对应着treeset的两个构造方法：

　    1、treeset()：根据treeset中元素实现的 comparable 接口的 compareto 方法比较排序

　　 2、treeset(comparator comparator)：根据给定的 comparator 比较器，对 treeset 中的元素比较排序

当向 treeset 中添加元素时，treeset 就会对元素进行排序。至于是用自然排序还是用比较器排序，就看你的 treeset 构造是怎么写的了。当然，添加第一个元素时不会进行任何比较， treeset 中都没有元素，和谁比去啊？

下面，分别给出使用两种排序比较方式的 treeset 测试代码：

/** 
 * 使用自然排序 
 * student必须实现comparable接口，否则会抛出classcastexception 
 */ 
public void testsortedset3() { 
 student stu1 = new student(1, "little"); 
 student stu2 = new student(2, "cyntin"); 
 student stu3 = new student(3, "tony"); 
 student stu4 = new student(4, "gemini"); 
 
 sortedset set = new treeset(); 
 set.add(stu1); 
 set.add(stu3); // 若student没有实现comparable接口，抛出classcastexception 
 set.add(stu4); 
 set.add(stu2); 
 set.add(stu4); 
 set.add(new student(12, "little")); 
 
 system.out.println(set); 
} 

/** 
 * 使用比较器排序 
 * student可以只是个简单的java类，不用实现comparable接口 
 */ 
public void testsortedset3() { 
 student stu1 = new student(1, "little"); 
 student stu2 = new student(2, "cyntin"); 
 student stu3 = new student(3, "tony"); 
 student stu4 = new student(4, "gemini"); 
 
 sortedset set = new treeset(new comparator() { 
 
  @override 
  public int compare(object o1, object o2) { 
   if (o1 instanceof student 
     && o2 instanceof student) { 
    student s1 = (student) o1; 
    student s2 = (student) o2; 
    return s1.getname().compareto(s2.getname()); 
   } 
   return 0; 
  } 
   
 }); 
 
 set.add(stu1); 
 set.add(stu3); 
 set.add(stu4); 
 set.add(stu2); 
 set.add(stu4); 
 set.add(new student(12, "little")); 
 
 system.out.println(set); 
} 

另外，介绍个工具类，java.util.collections。注意，这不是collection接口。collections很像arrays类。arrays提供了一系列用于对数组操作的静态方法，查找排序等等。collections也提供了一系列这样的方法，只是它是用于处理集合的，虽然collections类和collection接口很像，但是不要被collections的名字给欺骗了，它不是只能处理collection接口以及子接口的实现类，同样也可以处理map接口的实现类。

总结

java中自然排序和比较器排序的介绍就到这里了，文章介绍的还是相对详细的，希望能对大家的学习或者工作带来一定的帮助，如果有疑问大家可以留言交流。