程序兵法:Java String 源码的排序算法(一)_字符串


“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索” 


作者:泥瓦匠


这是泥瓦匠的第103篇原创

《程序兵法:Java String 源码的排序算法(一)》

文章工程:

  • JDK 1.8
  • 工程名:algorithm-core-learning # StringComparisonDemo
  • 工程地址:https://github.com/JeffLi1993/algorithm-core-learning

一、前言

Q:什么是选择问题?选择问题,是假设一组 N 个数,要确定其中第 K 个最大值者。比如 A 与 B 对象需要哪个更大?又比如:要考虑从一些数组中找出最大项?

解决选择问题,需要对象有个能力,即比较任意两个对象,并确定哪个大,哪个小或者相等。找出最大项问题的解决方法,只要依次用对象的比较(Comparable)能力,循环对象列表,一次就能解决。

那么 JDK 源码如何实现比较(Comparable)能力的呢?

二、java.lang.Comparable 接口

程序兵法:Java String 源码的排序算法(一)_字符串_02

Comparable 接口,从 JDK 1.2 版本就有了,历史算悠久。Comparable 接口强制了实现类对象列表的排序。其排序称为自然顺序,其 ​compareTo​ 方法,称为自然比较法。该接口只有一个方法 ​publicintcompareTo(T o);​ ,可以看出

  • 入参 T o :实现该接口类,传入对应的要被比较的对象
  • 返回值 int:正数、负数和 0 ,代表大于、小于和等于

对象的集合列表(Collection List)或者数组(arrays) ,也有对应的工具类可以方便的使用:

  • java.util.Collections#sort(List) 列表排序
  • java.util.Arrays#sort(Object[]) 数组排序

那 String 对象如何被比较的?

三、String 源码中的算法

String 源码中可以看到 String JDK 1.0 就有了。那么应该是 JDK 1.2 的时候,String 类实现了 Comparable 接口,并且传入需要被比较的对象是 String。对象如图:

程序兵法:Java String 源码的排序算法(一)_spring_03

String 是一个 final 类,无法从 String 扩展新的类。从 114 行,可以看出字符串的存储结构是字符(Char)数组。先可以看看一个字符串比较案例,代码如下:

运行结果如下:

可以看出, ​compareTo​ 方法是按字典顺序比较两个字符串。具体比较规则可以看代码注释。比较规则如下:

  • 字符串的每个字符完全一样,返回 0
  • 字符串前面部分的每个字符完全一样,返回:后面就是两个字符串长度差
  • 字符串前面部分的每个字符存在不一样,返回:出现不一样的字符 ASCII 码的差值
  • 中文比较返回对应的 Unicode 编码值(Unicode 包含 ASCII)
  • foo 的 'C' 字符 ASCII 码值为 67
  • bar04 的 'D' 字符 ASCII 码值为 68。
  • foo.compareTo(bar04),返回 67 - 68 = -1
  • 常见字符 ASCII 码,如图所示

程序兵法:Java String 源码的排序算法(一)_spring_04

再看看 String 的 ​compareTo​ 方法如何实现字典顺序的。源码如图:

程序兵法:Java String 源码的排序算法(一)_java_05

源码解析如下:

  • 第 1156 行:获取当前字符串和另一个字符串,长度较小的长度值 lim
  • 第 1161 行:如果 lim 大于 0 (较小的字符串非空),则开始比较
  • 第 1164 行:当前字符串和另一个字符串,依次字符比较。如果不相等,则返回两字符的 Unicode 编码值的差值
  • 第 1169 行:当前字符串和另一个字符串,依次字符比较。如果均相等,则返回两个字符串长度的差值

所以要排序,肯定先有比较能力,即实现 Comparable 接口。然后实现此接口的对象列表(和数组)可以通过 Collections.sort(和 Arrays.sort)进行排序。

还有 TreeSet 使用树结构实现(红黑树),集合中的元素进行排序。其中排序就是实现 Comparable 此接口

另外,如果没有实现 Comparable 接口,使用排序时,会抛出 java.lang.ClassCastException 异常。详细看《Java 集合:三、HashSet,TreeSet 和 LinkedHashSet比较》https://www.bysocket.com/archives/195

四、小结

上面也说到,这种比较其实有一定的弊端:

  • 默认 compareTo 不忽略字符大小写。如果需要忽略,则重新自定义 compareTo 方法
  • 无法进行二维的比较决策。比如判断 2 * 1 矩形和 3 * 3 矩形,哪个更大?
  • 比如有些类无法实现该接口。一个 final 类,也无法扩展新的类。其也有解决方案:函数对象(Function Object)

方法参数:定义一个没有数据只有方法的类,并传递该类的实例。一个函数通过将其放在一个对象内部而被传递。这种对象通常叫做函数对象(Funtion Object)

在接口方法设计中, T execute(Callback callback) 参数中使用 callback 类似。比如在 Spring 源码中,可以看出很多设计是:聚合优先于继承或者实现。这样可以减少很多继承或者实现。类似 SpringJdbcTemplate 场景设计,可以考虑到这种 Callback 设计实现。

代码示例

本文示例读者可以通过查看下面仓库的中: StringComparisonDemo 字符串比较案例案例:

  • Github:https://github.com/JeffLi1993/algorithm-core-learning
  • Gitee:https://gitee.com/jeff1993/algorithm-core-learning

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参考资料

  • 《数据结构与算法分析:Java语言描述(原书第3版)》
  • https://en.wikipedia.org/wiki/Unicode
  • https://www.bysocket.com/archives/2314/algorithm


由于能力有限,若有错误或者不当之处,还请大家批评指正,一起学习交流!

-The End-




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