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淺析Collections.sort

問題引入

  在以前的一次Java上機實習中，老師佈置了一道很簡單的題:

從控制檯輸入10個整數，對它們進行升序排序並輸出。

  考慮到只有10個數，須要比較的次數不是不少，因此當時我本身寫了一段冒泡排序的算法而後就上交做業。交做業以後我忽然想到一個問題：JDK是否有相似於STL中的std::sort方法，能實現基本的排序而無需用戶本身實現？

Collections.sort簡介

  第9版《Java核心技術卷Ⅰ》的第607頁介紹了一個方法：

Collections類中的sort方法能夠對實現了List接口的集合進行排序。這個方法假定列表元素實現了Comparable接口。

  查看Java官方文檔可知，sort方法有兩種重載形式。第一種重載是：

static <T extends Comparable<? super T>> void sort(List<T> list) 

  根據官方文檔的描述，這個方法將列表元素進行升序排序，可是列表要知足如下條件：
  1.列表元素實現了Comparable接口，且任意兩個列表元素都是可比的。
  2.列表必須支持set方法。
  若是要經過這個方法來完成我上面提到的做業，那顯然是行得通的：整數能夠進行相互比較，第一個條件知足；把10個整數放入一個ArrayList或LinkedList中，這兩個列表都支持set方法，第二個條件知足。實現代碼以下：

import java.util.*; public class Sort { public static void main(String[] args) { Scanner scan = new Scanner(System.in); List<Integer> list = new ArrayList<>(); //用戶輸入10個整數 System.out.println("請輸入10個整數："); for(int i = 0; i < 10; i++) { list.add(scan.nextInt()); } scan.close(); //排序 Collections.sort(list); //輸出排序結果 System.out.println(list); } } 

  程序運行結果以下：

 

用sort進行升序排序

  用sort方法能夠很方便地實現升序排序，但可否進行降序排序？答案是確定的，《Java核心技術卷Ⅰ》中介紹了一種用sort進行降序排序的簡潔方法。這種方法須要用到sort方法的第二種重載形式：

public static <T> void sort(List<T> list,Comparator<? super T> c) 

  若是想採用其餘方式進行排序，那麼可將一個Comparator對象做爲sort方法的第二個參數。當要進行逆序排序時，最簡便的方法是將Collections.reverseOrder()做爲第二個參數。

import java.util.*; public class Sort { public static void main(String[] args) { Scanner scan = new Scanner(System.in); List<Integer> list = new ArrayList<>(); //用戶輸入10個整數 System.out.println("請輸入10個整數："); for(int i = 0; i < 10; i++) { list.add(scan.nextInt()); } scan.close(); //逆序排序 Collections.sort(list,Collections.reverseOrder()); //輸出排序結果 System.out.println(list); } } 

  程序運行結果以下：

 

用sort進行降序排序

更進一步：排序對象不是基本數據類型

  在上面的例子中，列表中的元素是整數，因此排序邏輯是很顯然的：若是是升序排序，那就小數在前，大數在後。可是，若是排序的對象並不是屬於整數、浮點數之類的基本數據類型，那麼這些對象之間的「大小」關係該如何定義？假設有這樣一道題：

定義一個點類，其中有整型屬性x和y，表明其座標；除了這兩個屬性之外沒有其餘屬性。隨機產生10個點，並按照這些點與原點(0,0)之間的距離大小對點進行降序排序。

  若是仍想經過sort方法進行排序的話，首先點類就必須知足上面曾經提過的約束條件：點對象是可比的，所以點類必須實現Comparable接口。查看官方文檔可知，Comparable接口中只有一個方法：

int compareTo(T o) 

  調用這個方法的對象將會與參數o進行比較，小於o、等於o和大於o分別對應的返回值爲負數、0和正數。對象之間相對大小的判斷方法是自定義的，在這個問題中，就是經過比較各點與原點之間的距離來判斷大小，因此點類的實現以下：

class Point implements Comparable<Point>{ private int x; private int y; public Point(int x,int y) { this.x = x; this.y = y; } @Override //若是該點到原點的距離大於o點到原點的距離，則該點大於o點 public int compareTo(Point o) { int distance1 = (this.x) * (this.x) + (this.y) * (this.y); int distance2 = (o.x) * (o.x) + (o.y) * (o.y); return (distance1 > distance2) ? 1 : ((distance1 == distance2) ? 0 : -1); } @Override public String toString() { return "(" + x + ","+ y + ")"; } } 

  由於要進行降序排序，因此能夠經過將Collections.reverseOrder()做爲sort方法的第二個參數來實現：

public class SortDemo { private static List<Point> list = new ArrayList<>(); public static void main(String[] args) { //隨機生成10個點 for(int i = 0; i < 10; i++) { //點的座標取值在[1,20]之間 int x = (int)(Math.random() * 20) + 1; int y = (int)(Math.random() * 20) + 1; list.add(new Point(x,y)); } System.out.print("排序前："); System.out.println(list); //降序排序 Collections.sort(list,Collections.reverseOrder()); System.out.print("排序後："); System.out.println(list); } } 

  程序結果以下：

 

對點進行降序排序

  如今對sort方法進行小結：

  實現了Comparable接口的類均可以用sort方法進行排序，默認的排序方法是升序；若是想進行降序排序，只需把Collections.reverseOrder做爲第二個參數傳給sort方法。

瞭解Comparator接口

  上面反覆提到的Collections.reverseOrder方法返回的是一個Comparator對象。其實Comparator接口並不陌生，經常使用的equals方法就來自這個接口。Comparator接口用來定義兩個對象之間的比較方法，它有一個叫作compare的方法，函數簽名以下：

int compare(T o1,T o2) 

   o1 > o2，返回正數；o1 = o2，返回0；o1 < o2，返回負數。
  從前面的例子能夠看出，可使用Comparator對象來控制sort的排序方法，這是如何實現的？查看sort方法的相關源碼，我發現其中有這樣一段代碼：

 

sort方法的相關源碼

  注意看圖中用紅線框起來的部分。經分析可知，這段代碼實現了這樣的邏輯：若是compare的返回值爲正數，就交換進行比較的兩個元素的位置。因而能夠得出這樣一個結論， 若是讓 x > y 時compare(x,y)返回正數，那麼交換 x 和 y 的位置後大的元素在後，這就實現了升序排序；反之，若是讓 x < y 時compare(x,y)返回正數，那麼交換位置後小的元素在後，這就實現了降序排序。這就是Comparator對象控制排序方式的原理。

 

 

Comparator對象控制排序方式的原理

  經過Comparator對象來實現點對象的降序排序，一種可行的實現方式以下：

import java.util.ArrayList; import java.util.Collections; import java.util.Comparator; import java.util.List; //點類 class Point { private int x; private int y; public Point(int x,int y) { this.x = x; this.y = y; } public int getX() { return x; } public int getY() { return y; } @Override public String toString() { return "(" + x + ","+ y + ")"; } } public class SortDemo { private static List<Point> list = new ArrayList<>(); public static void main(String[] args) { //隨機生成10個點 for(int i = 0; i < 10; i++) { //點的座標取值在[1,20]之間 int x = (int)(Math.random() * 20) + 1; int y = (int)(Math.random() * 20) + 1; list.add(new Point(x,y)); } System.out.print("排序前："); System.out.println(list); //降序排序 Collections.sort(list,new Comparator<Point>() { @Override //當 o1 < o2 時返回正數 public int compare(Point o1, Point o2) { int distance1 = (o1.getX()) * (o1.getX()) + (o1.getY()) * (o1.getY()); int distance2 = (o2.getX()) * (o2.getX()) + (o2.getY()) * (o2.getY()); return (distance1 < distance2) ? 1 : ((distance1 == distance2) ? 0 : -1); } }); System.out.print("排序後："); System.out.println(list); } } 

  程序運行結果以下：

 

經過實現Comparator接口來進行降序排序

  注意，在上面的程序中Point類並無實現Comparable接口，這是由於已經經過實現Comparator接口來定義Point對象的比較方法，因此也就無需實現Comparable接口。

做者：臨江聽雨客 連接：https://www.jianshu.com/p/32f9578b9acc 來源：簡書 簡書著做權歸做者全部，任何形式的轉載都請聯繫做者得到受權並註明出處。