Java比较器：Comparator接口与Comparable接口的compare(compareTo)方法返回值的正负与升序、降序的关系

2023-03-15 18:30:12

1. 自然排序：java.lang.Comparable
2. 定制排序：java.util.Compartor
3. 比较方法的返回值正负与升序、降序的关系
4. Comparable接口和Comparator接口的区别

在Java中经常会涉及到多个对象的排序问题，那么就涉及到对象之间的比较。

Java实现对象排序的方式有两种：

自然排序：java.lang.Comparable

定制排序：ava.util.Comparator

1. 自然排序：java.lang.Comparable

Comparable 接口强行对实现它的每个类的对象进行整体排序。这种排序被称为类的自然排序。 Comparable 接口中只有一个抽象方法：int compareTo(Object o);。
实现 Comparable 的类必须实现 compareTo(Object o) 方法，两个对象即通过 compareTo(Object o) 方法的返回值来比较大小。
- 如果当前对象 this 大于形参对象 o ，则返回正整数，
- 如果当前对象 this 小于形参对象 o ，则返回负整数，
- 如果当前对象 this 等于形参对象 o ，则返回零。
实现 Comparable 接口的类的对象数组（和有序集合）可以通过 Arrays.sort（和 Collections.sort ）进行自动排序。
Comparable的典型实现：（默认都是从小到大排序）

String、包装类等实现了Comparable接口，重写了compareTo(obj)方法

String：按照字符串中字符的Unicode值进行比较
数值类型对应的包装类以及BigInteger、BigDecimal：按照它们对应的数值大小进行比较
Character：按照字符的Unicode值来进行比较
Boolean：true 对应的包装类实例大于 false 对应的包装类实例
Date、Time等：后面的日期时间比前面的日期时间大

代码示例：
```
String[] arr = new String[]{"AA","cc","ac","dd","aa","FF","ff"};
Arrays.sort(arr);
System.out.println(Arrays.toString(arr)); // [AA, FF, aa, ac, cc, dd, ff]
```

对于自定义类来说，如果需要排序，我们可以让自定义类实现 Comparable 接口，重写 compareTo(Object o) 方法。在 compareTo(Object o) 方法中指明如何排序。

定义学生类：

public class Student {
    private String name;
    private int age;

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

测试类：

public class ComparableTest {
    public static void main(String[] args) {
        Student[] students = new Student[5];
        students[0] = new Student("rose", 16);
        students[1] = new Student("jack", 18);
        students[2] = new Student("mark", 16);
        students[3] = new Student("john", 16);
        students[4] = new Student("lily", 17);

        Arrays.sort(students);

        for (int i = 0; i < students.length; i++) {
            System.out.println(students[i]);
        }
    }
}

发现程序出现了类型转换异常：

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ggMQjfNv-1598369086597)(img/Comparable.png)]

原因：对于自定义类来说，如果需要排序，自定义类必须实现 Comparable 接口，重写 compareTo(Object o) 方法。在 compareTo(Object o) 方法中指明如何排序。

修改Student类，实现 Comparable 接口，指定按学生年龄升序排序：

public class Student implements Comparable {
    ...
    
    @Override
    public int compareTo(Object o) {
 		Student student = (Student) o;
        if (this.age < student.age) {
            return -1;
        } 
        if (this.age > student.age) {
            return 1;
        }
        return 0;
    }
}

运行结果：

Student{name='mark', age=15}
Student{name='rose', age=16}
Student{name='john', age=16}
Student{name='lily', age=17}
Student{name='jack', age=18}

如果要按学生年龄降序排序，则修改compareTo方法：当前对象的年龄小于参数对象时，返回正整数；当前对象大于参数对象时，返回负整数：

@Override
public int compareTo(Object o) {
    Student student = (Student) o;
    if (this.age < student.age) {
        return 1;
    } 
    if (this.age > student.age) {
        return -1;
    }
    return 0;
}

2. 定制排序：java.util.Compartor

当元素的类型没有实现 java.lang.Comparable 接口而又不方便修改代码，或者实现了java.lang.Comparable接口的排序规则不适合当前的操作，那么可以考虑使用 Comparator 接口的实现类来排序。
Comparator 接口中只有两个抽象方法 int compare(Object o1, Object o2); 、boolean equals(Object obj); ，Comparator 接口实现类默认继承了 Object 类的 equals 方法，即间接实现了 equals 方法，因此只需实现 int compare(Object o1, Object o2) 即可。
可以将 Comparator 接口实现类传递给 sort 方法（如 Arrays.sort 或 Collections.sort），从而允许在排序顺序上实现精确控制。

重写 int compare(Object o1, Object o2) 方法，比较o1和o2的大小：

如果要按照升序排序，
则 o1小于o2返回负整数，o1与o2相等返回0，01大于02返回正整数

如果要按照降序排序
则 o1小于o2返回正整数，o1与o2相等返回0，01大于02返回负整数

代码演示：

定义Student类，无需实现Comparable接口：

public class Student {
    private String name;
    private int age;

    public Student(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "Student{" +
                "name='" + name + '\'' +
                ", age=" + age +
                '}';
    }
}

测试类：向sort方法中传入待排序的数组对象和Comparator接口实现类，指定按学生年龄升序排序：

public class ComparableTest {
    public static void main(String[] args) {
        Student[] students = new Student[5];
        students[0] = new Student("rose", 16);
        students[1] = new Student("jack", 18);
        students[2] = new Student("mark", 15);
        students[3] = new Student("john", 16);
        students[4] = new Student("lily", 17);

        Arrays.sort(students, new Comparator() {
            @Override
            public int compare(Object o1, Object o2) {
                Student s1 = (Student) o1;
                Student s2 = (Student) o2;
                //下面的代码可简化为 return s1.getAge() - s2.getAge();
                if (s1.getAge() < s2.getAge()) {
                    return -1;
                }
                if (s1.getAge() > s2.getAge()) {
                    return 1;
                }
                return 0;
            }
        });

        for (int i = 0; i < students.length; i++) {
            System.out.println(students[i]);
        }
    }

}

运行结果：

Student{name='mark', age=15}
Student{name='rose', age=16}
Student{name='john', age=16}
Student{name='lily', age=17}
Student{name='jack', age=18}

如果要按学生年龄降序排序，则修改compare方法：当前对象的年龄小于参数对象时，返回正整数；当前对象大于参数对象时，返回负整数：

@Override
public int compare(Object o1, Object o2) {
    Student s1 = (Student) o1;
    Student s2 = (Student) o2;
    //下面的代码可简化为 return s2.getAge() - s1.getAge();
    if (s1.getAge() < s2.getAge()) {
        return 1;
    }
    if (s1.getAge() > s2.getAge()) {
        return -1;
    }
    return 0;
}

按年龄降序排序，年龄相同时按姓名首字母升序排序：

@Override
public int compare(Object o1, Object o2) {
    Student s1 = (Student) o1;
    Student s2 = (Student) o2;
    //第一条排序规则：年龄降序
    int result = s2.getAge() - s1.getAge();
    //第二条排序规则：年龄相同时，姓名首字母升序
    if (result == 0) {
        result = s1.getName().charAt(0) - s2.getName().charAt(0);
    }
    return result;
}

运行结果：

Student{name='jack', age=18}
Student{name='lily', age=17}
Student{name='john', age=16}
Student{name='rose', age=16}
Student{name='mark', age=15}

3. 比较方法的返回值正负与升序、降序的关系

从前面已经知道：如果要按照升序排序，则 o1小于o2返回负整数，o1与o2相等返回0，01大于02返回正整数

如果要按照降序排序，则 o1小于o2返回正整数，o1与o2相等返回0，01大于02返回负整数

那么，对元素升序、降序排序时调整元素位置与接口中返回值的正负有什么关系呢？

测试环境：JDK8

原数组元素顺序：

Student{name='rose', age=16}
Student{name='jack', age=18}
Student{name='mark', age=15}
Student{name='john', age=16}
Student{name='lily', age=17}

在compare方法中，不管o1、o2对象的内容，统一返回正整数：

@Override
public int compare(Object o1, Object o2) {
    return 1;
}

运行结果发现，数组元素顺序未改变。

在compare方法中，不管o1、o2对象的内容，统一放回负整数，运行结果发现，数组元素倒置。
在compare方法中，不管o1、o2对象的内容，统一放回0，运行结果发现，数组元素顺序未改变。

在comparable接口中及集合中的运行结果一致。

从而得出结论：在调用 compare(Object o1, Object o2) 方法时，会把两个元素中索引较小的元素赋值给o2，索引较大的元素赋值给o1。Comparable接口中compareTo(Object o) 方法的调用者是两个元素中索引较大的元素，参数对象 o 则是索引较小的元素。（JDK版本不同，对应关系可能不同）。通过debug调试或查看源码也能得出这个结论。

比如，对于数组{5, 10, 20, 15}，比较前两个元素调用 compare(Object o1, Object o2) 方法时，会把5赋值给o2，把10赋值给o1。按升序排序时，若o1 > o2，则返回正整数，不调整元素位置；若o1 == o2，则返回0，不调整元素位置；若o1 < o2，则返回负整数，调整元素位置。按降序排序时，若o1 > o2，则返回负整数，需要调整元素位置；若o1 == o2，则返回0，不调整元素位置；若o1 < o2，则返回正整数，不调整元素位置。因此，不管是升序还是降序，只有在返回负整数时，才会调整元素的位置。

综上，排序时是否需要调整元素位置是由对象o1、o2与数组中元素的对应关系和比较方法返回值的正负共同决定的。

4. Comparable接口和Comparator接口的区别

只要实现Comparable 接口的对象直接就成为一个可以比较的对象，但是需要修改源代码。

用Comparator 的好处是不需要修改源代码，而是在待比较对象的类的外部实现一个比较器，当某个自定义的对象需要作比较的时候，把待比较对象和比较器一起传递过去就可以实现排序功能。

此外，像String类、包装类等JDK内置类实现了Comparable接口默认是升序排序，如果要降序排序或指定其他排序规则只能使用Comparator接口。

码农公寓

1. 自然排序：java.lang.Comparable

2. 定制排序：java.util.Compartor

3. 比较方法的返回值正负与升序、降序的关系

4. Comparable接口和Comparator接口的区别

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