初学数据结构：Java对象的比较

目录

    • 1. PriorityQueue中插入对象
    • 2. 元素的比较
      • 2.1 基本类型的比较
      • 2.2 对象比较的问题
    • 3. 对象的比较
      • 3.1 基于Comparable接口类的比较
      • 3.2 基于比较器比较
      • 3.3 三种方式对比
    • 4. 集合框架中PriorityQueue的比较方式
    • 5. 使用PriorityQueue创建大小堆，解决TOPK问题

【本节目标】

  1. Java中对象的比较
  2. 集合框架中PriorityQueue的比较方式
  3. 模拟实现PriorityQueue

1. PriorityQueue中插入对象

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 对象比较的问题

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}
}

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

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;} @Overridepublic 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 this.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。

3.1 基于Comparable接口类的比较

Comparable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 指向的对象大于 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Comparable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@Overridepublic 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}
}

Comparable是java.lang中的接口类，可以直接使用

3.2 基于比较器比较

按照比较器方式进行比较，具体步骤如下

  1. 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

  2. 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@Overridepublic 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

3.3 三种方式对比

覆写的方法说明
Object.equals因为所有类都是继承自 Object 的，所以直接覆写即可，不过只能比较相等与否
Comparable.compareTo需要手动实现接口，侵入性比较强，但一旦实现，每次用该类都有顺序，属于内部顺序
Comparator.compare需要实现一个比较器对象，对待比较类的侵入性弱，但对算法代码实现侵入性强

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： Comparable和Comparator两种方式

  1. Comparable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Comparable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nullpublic 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 compatibilityif (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);elsesiftUpComparable(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. 使用PriorityQueue创建大小堆，解决TOPK问题

//使用比较器创建小根堆
class LessIntComp implements Comparator<Integer>{@Overridepublic int compare(Integer o1, Integer o2) {return o1 - o2;}
} 
//使用比较器创建大根堆
class GreaterIntComp implements Comparator<Integer>{@Overridepublic int compare(Integer o1, Integer o2) {return o2 - o1;}
}
public class TestDemo<E> {//求最小的K个数，通过比较器创建大根堆public static int[] smallestK(int[] array, int k) {if(k <= 0) {return null;} GreaterIntComp greaterCmp = new GreaterIntComp();PriorityQueue<Integer> maxHeap = new PriorityQueue<>(greaterCmp);//先将前K个元素，创建大根堆for(int i = 0; i < k; i++) {maxHeap.offer(array[i]);} //从第K+1个元素开始，每次和堆顶元素比较for (int i = k; i < array.length; i++) {int top = maxHeap.peek();if(array[i] < top) {maxHeap.poll();maxHeap.offer(array[i]);}} //取出前K个int[] ret = new int[k];for (int i = 0; i < k; i++) {int val = maxHeap.poll();ret[i] = val;} return ret;}public static void main(String[] args) {int[] array = {4,1,9,2,8,0,7,3,6,5};int[] ret = smallestK(array,3);System.out.println(Arrays.toString(ret));}
}

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