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Java中的排序

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  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。

作者:中国IT实验室 来源:中国IT实验室 2007年9月25日

关键字: 编程 java

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  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,应认识到假若这样做,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,令其为我们准备排序的对象实现Compare。此时内部类并不显得特别重要,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)。
  继承(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。继承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。如果想创建一个排好序的Vector,令其只接收和生成String对象,就会遇到麻烦。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;如果真的有什么错误,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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