Java对象的比较

一，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。

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二，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);
}

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三，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：
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
		@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

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四，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。

// 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;
	}
}

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五，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));
	}
}