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這是泥瓦匠的第103篇原創(chuàng)

《程序兵法：Java String 源碼的排序算法（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：什么是選擇問(wèn)題？
選擇問(wèn)題，是假設(shè)一組 N 個(gè)數(shù)，要確定其中第 K 個(gè)最大值者。比如 A 與 B 對(duì)象需要哪個(gè)更大？又比如：要考慮從一些數(shù)組中找出最大項(xiàng)？

解決選擇問(wèn)題，需要對(duì)象有個(gè)能力，即比較任意兩個(gè)對(duì)象，并確定哪個(gè)大，哪個(gè)小或者相等。找出最大項(xiàng)問(wèn)題的解決方法，只要依次用對(duì)象的比較（Comparable）能力，循環(huán)對(duì)象列表，一次就能解決。

那么 JDK 源碼如何實(shí)現(xiàn)比較（Comparable）能力的呢？

二、java.lang.Comparable 接口

?

Comparable?接口，從 JDK 1.2 版本就有了，歷史算悠久。Comparable?接口強(qiáng)制了實(shí)現(xiàn)類(lèi)對(duì)象列表的排序。其排序稱(chēng)為自然順序，其?compareTo?方法，稱(chēng)為自然比較法。

該接口只有一個(gè)方法?public int compareTo(T o);?，可以看出

• 入?yún)?T o ：實(shí)現(xiàn)該接口類(lèi)，傳入對(duì)應(yīng)的要被比較的對(duì)象
• 返回值 int：正數(shù)、負(fù)數(shù)和 0 ，代表大于、小于和等于

對(duì)象的集合列表（Collection List）或者數(shù)組（arrays） ，也有對(duì)應(yīng)的工具類(lèi)可以方便的使用：

• java.util.Collections#sort(List) 列表排序
• java.util.Arrays#sort(Object[]) 數(shù)組排序

那 String 對(duì)象如何被比較的？

三、String 源碼中的算法

String 源碼中可以看到 String JDK 1.0 就有了。那么應(yīng)該是 JDK 1.2 的時(shí)候，String 類(lèi)實(shí)現(xiàn)了 Comparable 接口，并且傳入需要被比較的對(duì)象是 String。對(duì)象如圖：

?

String 是一個(gè) final 類(lèi)，無(wú)法從 String 擴(kuò)展新的類(lèi)。從 114 行，可以看出字符串的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是字符（Char）數(shù)組。先可以看看一個(gè)字符串比較案例，代碼如下：

/*** 字符串比較案例** Created by bysocket on 19/5/10.*/ public class StringComparisonDemo { public static void main(String[] args) { String foo = "ABC"; // 前面和后面每個(gè)字符完全一樣，返回 0 String bar01 = "ABC"; System.out.println(foo.compareTo(bar01)); // 前面每個(gè)字符完全一樣，返回：后面就是字符串長(zhǎng)度差 String bar02 = "ABCD"; String bar03 = "ABCDE"; System.out.println(foo.compareTo(bar02)); // -1 (前面相等,foo 長(zhǎng)度小 1) System.out.println(foo.compareTo(bar03)); // -2 (前面相等,foo 長(zhǎng)度小 2) // 前面每個(gè)字符不完全一樣，返回：出現(xiàn)不一樣的字符 ASCII 差 String bar04 = "ABD"; String bar05 = "aABCD"; System.out.println(foo.compareTo(bar04)); // -1 (foo 的 'C' 字符 ASCII 碼值為 67，bar04 的 'D' 字符 ASCII 碼值為 68。返回 67 - 68 = -1) System.out.println(foo.compareTo(bar05)); // -32 (foo 的 'A' 字符 ASCII 碼值為 65，bar04 的 'a' 字符 ASCII 碼值為 97。返回 65 - 97 = -32) String bysocket01 = "泥瓦匠"; String bysocket02 = "瓦匠"; System.out.println(bysocket01.compareTo(bysocket02));// -2049 （泥 和 瓦的 Unicode 差值） } }

運(yùn)行結(jié)果如下：

0 -1 -2 -1 -32 -2049

可以看出，?compareTo?方法是按字典順序比較兩個(gè)字符串。具體比較規(guī)則可以看代碼注釋。比較規(guī)則如下：

• 字符串的每個(gè)字符完全一樣，返回 0
• 字符串前面部分的每個(gè)字符完全一樣，返回：后面就是兩個(gè)字符串長(zhǎng)度差
• 字符串前面部分的每個(gè)字符存在不一樣，返回：出現(xiàn)不一樣的字符 ASCII 碼的差值
  • 中文比較返回對(duì)應(yīng)的 Unicode 編碼值（Unicode 包含 ASCII）
  • foo 的 ‘C’ 字符 ASCII 碼值為 67
  • bar04 的 ‘D’ 字符 ASCII 碼值為 68。
  • foo.compareTo(bar04)，返回 67 – 68 = -1
  • 常見(jiàn)字符 ASCII 碼，如圖所示

再看看 String 的?compareTo?方法如何實(shí)現(xiàn)字典順序的。源碼如圖：

?

源碼解析如下：

• 第 1156 行：獲取當(dāng)前字符串和另一個(gè)字符串，長(zhǎng)度較小的長(zhǎng)度值 lim
• 第 1161 行：如果 lim 大于 0 （較小的字符串非空），則開(kāi)始比較
• 第 1164 行：當(dāng)前字符串和另一個(gè)字符串，依次字符比較。如果不相等，則返回兩字符的 Unicode 編碼值的差值
• 第 1169 行：當(dāng)前字符串和另一個(gè)字符串，依次字符比較。如果均相等，則返回兩個(gè)字符串長(zhǎng)度的差值

所以要排序，肯定先有比較能力，即實(shí)現(xiàn) Comparable 接口。然后實(shí)現(xiàn)此接口的對(duì)象列表（和數(shù)組）可以通過(guò) Collections.sort（和 Arrays.sort）進(jìn)行排序。

還有 TreeSet 使用樹(shù)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)（紅黑樹(shù)），集合中的元素進(jìn)行排序。其中排序就是實(shí)現(xiàn) Comparable 此接口

另外，如果沒(méi)有實(shí)現(xiàn) Comparable 接口，使用排序時(shí)，會(huì)拋出 java.lang.ClassCastException 異常。詳細(xì)看《Java 集合：三、HashSet，TreeSet 和 LinkedHashSet比較》https://www.bysocket.com/archives/195

四、小結(jié)

上面也說(shuō)到，這種比較其實(shí)有一定的弊端：

• 默認(rèn) compareTo 不忽略字符大小寫(xiě)。如果需要忽略，則重新自定義 compareTo 方法
• 無(wú)法進(jìn)行二維的比較決策。比如判斷 2 * 1 矩形和 3 * 3 矩形，哪個(gè)更大？
• 比如有些類(lèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)該接口。一個(gè) final 類(lèi)，也無(wú)法擴(kuò)展新的類(lèi)。其也有解決方案：函數(shù)對(duì)象（Function Object）

方法參數(shù)：定義一個(gè)沒(méi)有數(shù)據(jù)只有方法的類(lèi)，并傳遞該類(lèi)的實(shí)例。一個(gè)函數(shù)通過(guò)將其放在一個(gè)對(duì)象內(nèi)部而被傳遞。這種對(duì)象通常叫做函數(shù)對(duì)象（Funtion Object）

在接口方法設(shè)計(jì)中，?T execute(Callback?callback) 參數(shù)中使用 callback 類(lèi)似。比如在 Spring 源碼中，可以看出很多設(shè)計(jì)是：聚合優(yōu)先于繼承或者實(shí)現(xiàn)。這樣可以減少很多繼承或者實(shí)現(xiàn)。類(lèi)似 SpringJdbcTemplate 場(chǎng)景設(shè)計(jì)，可以考慮到這種 Callback 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

代碼示例

本文示例讀者可以通過(guò)查看下面?zhèn)}庫(kù)的中: StringComparisonDemo 字符串比較案例案例：

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

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參考資料

• 《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析：Java語(yǔ)言描述（原書(shū)第3版）》
• https://en.wikipedia.org/wiki/Unicode
• https://www.cnblogs.com/vamei/tag/%E7%AE%97%E6%B3%95/
• https://www.bysocket.com/archives/2314/algorithm

以下專(zhuān)題教程也許您會(huì)有興趣

• 《程序兵法：算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》?https://www.bysocket.com/archives/2314/algorithm
• 《Spring Boot 2.x 系列教程》
  https://www.bysocket.com/springboot
• 《Java 核心系列教程》
  https://www.bysocket.com/archives/2100

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的程序兵法：Java String 源码的排序算法（一）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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