【Java 数据结构】对象的比较

news2024/10/6 22:31:08

Java中对象的比较

  • 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 覆写基类的equals
    • 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. 使用PriorityQueue创建大小堆，解决TOPK问题

1. PriorityQueue中插入对象

上个博客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？

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。
在这里插入图片描述

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
	}
}

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equals

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

在这里插入图片描述

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。

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>{
@Override
public int compare(Integer o1, Integer o2) {
return o1 - o2;
}
}

//使用比较器创建大根堆
class GreaterIntComp implements Comparator<Integer>{
@Override
public 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 new int[k];
	}
	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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