篇章十 数据结构——Java对象的比较

零叹2025-06-11 15:52

1. PriorityQueue中插入对象------问题引出

上一篇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？

java 复制代码 
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。

java 复制代码 
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

java 复制代码 
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。

java 复制代码 
// 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

java 复制代码 
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：

java 复制代码 
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。

java 复制代码 
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

java 复制代码 
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

java 复制代码 
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

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。

java 复制代码 
// 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null
   public 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 compatibility
       if (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);
       else
           siftUpComparable(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

java 复制代码 
//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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