Java中的排序

2019-11-18 13:22:15

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供稿：网友

　　java 1.0和1.1库都缺少的一样东西是算术运算，甚至没有最简单的排序运算方法。因此，我们最好创建一个Vector，利用经典的Quicksort（快速排序）方法对其自身进行排序。
　　编写通用的排序代码时，面临的一个问题是必须根据对象的实际类型来执行比较运算，从而实现正确的排序。当然，一个办法是为每种不同的类型都写一个不同的排序方法。然而，应熟悉到假若这样做，以后增加新类型时便不易实现代码的重复利用。
　　程序设计一个主要的目标就是“将发生变化的东西同保持不变的东西分隔开”。在这里，保持不变的代码是通用的排序算法，而每次使用时都要变化的是对象的实际比较方法。因此，我们不可将比较代码“硬编码”到多个不同的排序例程内，而是采用“回调”技术。利用回调，经常发生变化的那部分代码会封装到它自己的类内，而总是保持相同的代码则“回调”发生变化的代码。这样一来，不同的对象就可以表达不同的比较方式，同时向它们传递相同的排序代码。
　　下面这个“接口”（Interface）展示了如何比较两个对象，它将那些“要发生变化的东西”封装在内：
　　
　　//: Compare.java
　　// Interface for sorting callback:
　　package c08;
　　
　　interface Compare {
　　　boolean lessThan(Object lhs, Object rhs);
　　　boolean lessThanOrEqual(Object lhs, Object rhs);
　　} ///:~
　　
　　对这两种方法来说，lhs代表本次比较中的“左手”对象，而rhs代表“右手”对象。
　　可创建Vector的一个子类，通过Compare实现“快速排序”。对于这种算法，包括它的速度以及原理等等，在此不具体说明。欲知详情，可参考Binstock和Rex编著的《PRactical Algorithms for Programmers》，由Addison-Wesley于1995年出版。
　　
　　//: SortVector.java
　　// A generic sorting vector
　　package c08;
　　import java.util.*;
　　
　　public class SortVector extends Vector {
　　　private Compare compare; // To hold the callback
　　　public SortVector(Compare comp) {
　　　　compare = comp;
　　　}
　　　public void sort() {
　　　　quickSort(0, size() - 1);
　　　}
　　　private void quickSort(int left, int right) {
　　　　if(right > left) {
　　　　　Object o1 = elementAt(right);
　　　　　int i = left - 1;
　　　　　int j = right;
　　　　　while(true) {
　　　　　　while(compare.lessThan(
　　　　　　　　　elementAt(++i), o1))
　　　　　　　;
　　　　　　while(j > 0)
　　　　　　　if(compare.lessThanOrEqual(
　　　　　　　　 elementAt(--j), o1))
　　　　　　　　break; // out of while
　　　　　　if(i >= j) break;
　　　　　　swap(i, j);
　　　　　}
　　　　　swap(i , right);
　　　　　quickSort(left, i-1);
　　　　　quickSort(i+1, right);
　　　　}
　　　}
　　　private void swap(int loc1, int loc2) {
　　　　Object tmp = elementAt(loc1);
　　　　setElementAt(elementAt(loc2), loc1);
　　　　setElementAt(tmp, loc2);
　　　}
　　} ///:~
　　
　　现在，大家可以明白“回调”一词的来历，这是由于quickSort()方法“往回调用”了Compare中的方法。从中亦可理解这种技术如何生成通用的、可重复利用（再生）的代码。
　　为使用SortVector，必须创建一个类，令其为我们预备排序的对象实现Compare。此时内部类并不显得非凡重要，但对于代码的组织却是有益的。下面是针对String对象的一个例子：
　　
　　//: StringSortTest.java
　　// Testing the generic sorting Vector
　　package c08;
　　import java.util.*;
　　
　　public class StringSortTest {
　　　static class StringCompare implements Compare {
　　　　public boolean lessThan(Object l, Object r) {
　　　　　return ((String)l).toLowerCase().compareTo(
　　　　　　((String)r).toLowerCase()) < 0;
　　　　}
　　　　public boolean
　　　　lessThanOrEqual(Object l, Object r) {
　　　　　return ((String)l).toLowerCase().compareTo(
　　　　　　((String)r).toLowerCase()) <= 0;
　　　　}
　　　}
　　　public static void main(String[] args) {
　　　　SortVector sv =
　　　　　new SortVector(new StringCompare());
　　　　sv.addElement("d");
　　　　sv.addElement("A");
　　　　sv.addElement("C");
　　　　sv.addElement("c");
　　　　sv.addElement("b");
　　　　sv.addElement("B");
　　　　sv.addElement("D");
　　　　sv.addElement("a");
　　　　sv.sort();
　　　　Enumeration e = sv.elements();
　　　　while(e.hasMoreElements())
　　　　　System.out.println(e.nextElement());
　　　}
　　} ///:~
　　
　　内部类是“静态”（Static）的，因为它毋需连接一个外部类即可工作。
　　大家可以看到，一旦设置好框架，就可以非常方便地重复使用象这样的一个设计——只需简单地写一个类，将“需要发生变化”的东西封装进去，然后将一个对象传给SortVector即可。
　　比较时将字串强制为小写形式，所以大写A会排列于小写a的旁边，而不会移动一个完全不同的地方。然而，该例也显示了这种方法的一个不足，因为上述测试代码按照出现顺序排列同一个字母的大写和小写形式：A a b B c C d D。但这通常不是一个大问题，因为经常处理的都是更长的字串，所以上述效果不会显露出来（Java 1.2的集合提供了排序功能，已解决了这个问题）。
　　继续（extends）在这儿用于创建一种新类型的Vector——也就是说，SortVector属于一种Vector，并带有一些附加的功能。继续在这里可发挥很大的作用，但了带来了问题。它使一些方法具有了final属性（已在第7章讲述），所以不能覆盖它们。假如想创建一个排好序的Vector，令其只接收和生成String对象，就会碰到麻烦。因为addElement()和elementAt()都具有final属性，而且它们都是我们必须覆盖的方法，否则便无法实现只能接收和产生String对象。
　　但在另一方面，请考虑采用“合成”方法：将一个对象置入一个新类的内部。此时，不是改写上述代码来达到这个目的，而是在新类里简单地使用一个SortVector。在这种情况下，用于实现Compare接口的内部类就可以“匿名”地创建。如下所示：
　　
　　//: StrSortVector.java
　　// Automatically sorted Vector that
　　// accepts and prodUCes only Strings
　　package c08;
　　import java.util.*;
　　
　　public class StrSortVector {
　　　private SortVector v = new SortVector(
　　　　// Anonymous inner class:
　　　　new Compare() {
　　　　　public boolean
　　　　　lessThan(Object l, Object r) {
　　　　　　return
　　　　　　　((String)l).toLowerCase().compareTo(
　　　　　　　((String)r).toLowerCase()) < 0;
　　　　　}
　　　　　public boolean
　　　　　lessThanOrEqual(Object l, Object r) {
　　　　　　return
　　　　　　　((String)l).toLowerCase().compareTo(
　　　　　　　((String)r).toLowerCase()) <= 0;
　　　　　}
　　　　}
　　　);
　　　private boolean sorted = false;
　　　public void addElement(String s) {
　　　　v.addElement(s);
　　　　sorted = false;
　　　}
　　　public String elementAt(int index) {
　　　　if(!sorted) {
　　　　　v.sort();
　　　　　sorted = true;
　　　　}
　　　　return (String)v.elementAt(index);
　　　}
　　　public Enumeration elements() {
　　　　if(!sorted) {
　　　　　v.sort();
　　　　　sorted = true;
　　　　}
　　　　return v.elements();
　　　}
　　　// Test it:
　　　public static void main(String[] args) {
　　　　StrSortVector sv = new StrSortVector();
　　　　sv.addElement("d");
　　　　sv.addElement("A");
　　　　sv.addElement("C");
　　　　sv.addElement("c");
　　　　sv.addElement("b");
　　　　sv.addElement("B");
　　　　sv.addElement("D");
　　　　sv.addElement("a");
　　　　Enumeration e = sv.elements();
　　　　while(e.hasMoreElements())
　　　　　System.out.println(e.nextElement());
　　　}
　　} ///:~
　　
　　这样便可快速再生来自SortVector的代码，从而获得希望的功能。然而，并不是来自SortVector和Vector的所有public方法都能在StrSortVector中出现。若按这种形式再生代码，可在新类里为包含类内的每一个方法都生成一个定义。当然，也可以在刚开始时只添加少数几个，以后根据需要再添加更多的。新类的设计最终会稳定下来。
　　这种方法的好处在于它仍然只接纳String对象，也只产生String对象。而且相应的检查是在编译期间进行的，而非在运行期。当然，只有addElement()和elementAt()才具备这一特性；elements()仍然会产生一个Enumeration（枚举），它在编译期的类型是未定的。当然，对Enumeration以及在StrSortVector中的类型检查会照旧进行；假如真的有什么错误，运行期间会简单地产生一个违例。事实上，我们在编译或运行期间能保

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