Java中的排序和搜索

核心提示：java 1.2添加了自己的一套实用工具，可用来对数组或列表进行排列和搜索，Java中的排序和搜索，这些工具都属于两个新类的“静态”方法，这两个类分别是用于排序和搜索数组的Arrays，3. 列表可用与数组相同的形式排序和搜索一个列表（List），用于排序和搜索列表的静态方法包含在类Collections中，以及用于排

　　java 1.2添加了自己的一套实用工具，可用来对数组或列表进行排列和搜索。这些工具都属于两个新类的“静态”方法。这两个类分别是用于排序和搜索数组的Arrays，以及用于排序和搜索列表的Collections。
　　
　　1. 数组
　　
　　Arrays类为所有基本数据类型的数组提供了一个过载的sort()和binarySearch()，它们亦可用于String和Object。下面这个例子显示出如何排序和搜索一个字节数组（其他所有基本数据类型都是类似的）以及一个String数组：
　　
　　//: Array1.java
　　// Testing the sorting & searching in Arrays
　　package c08.newcollections;
　　import java.util.*;
　　
　　public class Array1 {
　　　static Random r = new Random();
　　　static String ssource =
　　　　"ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ" +
　　　　"abcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
　　　static char[] src = ssource.toCharArray();
　　　// Create a random String
　　　public static String randString(int length) {
　　　　char[] buf = new char[length];
　　　　int rnd;
　　　　for(int i = 0; i < length; i++) {
　　　　　rnd = Math.abs(r.nextInt()) % src.length;
　　　　　buf[i] = src[rnd];
　　　　}
　　　　return new String(buf);
　　　}
　　　// Create a random array of Strings:
　　　public static
　　　String[] randStrings(int length, int size) {
　　　　String[] s = new String[size];
　　　　for(int i = 0; i < size; i++)
　　　　　s[i] = randString(length);
　　　　return s;
　　　}
　　　public static void PRint(byte[] b) {
　　　　for(int i = 0; i < b.length; i++)
　　　　　System.out.print(b[i] + " ");
　　　　System.out.println();
　　　}
　　　public static void print(String[] s) {
　　　　for(int i = 0; i < s.length; i++)
　　　　　System.out.print(s[i] + " ");
　　　　System.out.println();
　　　}
　　　public static void main(String[] args) {
　　　　byte[] b = new byte[15];
　　　　r.nextBytes(b); // Fill with random bytes
　　　　print(b);
　　　　Arrays.sort(b);
　　　　print(b);
　　　　int loc = Arrays.binarySearch(b, b[10]);
　　　　System.out.println("Location of " + b[10] +
　　　　　" = " + loc);
　　　　// Test String sort & search:
　　　　String[] s = randStrings(4, 10);
　　　　print(s);
　　　　Arrays.sort(s);
　　　　print(s);
　　　　loc = Arrays.binarySearch(s, s[4]);
　　　　System.out.println("Location of " + s[4] +
　　　　　" = " + loc);
　　　}
　　} ///:~
　　
　　类的第一部分包含了用于产生随机字串对象的实用工具，可供选择的随机字母保存在一个字符数组中。randString()返回一个任意长度的字串；而readStrings()创建随机字串的一个数组，同时给定每个字串的长度以及希望的数组大小。两个print()方法简化了对示范数组的显示。在main()中，Random.nextBytes()用随机选择的字节填充数组自变量（没有对应的Random方法用于创建其他基本数据类型的数组）。获得一个数组后，便可发现为了执行sort()或者binarySearch()，只需发出一次方法调用即可。与binarySearch()有关的还有一个重要的警告：若在执行一次binarySearch()之前不调用sort()，便会发生不可猜测的行为，其中甚至包括无限循环。
　　对String的排序以及搜索是相似的，但在运行程序的时候，我们会注重到一个有趣的现象：排序遵守的是字典顺序，亦即大写字母在字符集中位于小写字母的前面。因此，所有大写字母都位于列表的最前面，后面再跟上小写字母——Z居然位于a的前面。似乎连电话簿也是这样排序的。
　　
　　2. 可比较与比较器
　　
　　但假若我们不满足这一排序方式，又该如何处理呢？例如本书后面的索引，假如必须对以A或a开头的词条分别到两处地方查看，那么肯定会使读者颇不耐烦。
　　若想对一个Object数组进行排序，那么必须解决一个问题。根据什么来判定两个Object的顺序呢？不幸的是，最初的Java设计者并不认为这是一个重要的问题，否则就已经在根类Object里定义它了。这样造成的一个后果便是：必须从外部进行Object的排序，而且新的集合库提供了实现这一操作的标准方式（最理想的是在Object里定义它）。
　　针对Object数组（以及String，它当然属于Object的一种），可使用一个sort()，并令其接纳另一个参数：实现了Comparator接口（即“比较器”接口，新集合库的一部分）的一个对象，并用它的单个compare()方法进行比较。这个方法将两个预备比较的对象作为自己的参数使用——若第一个参数小于第二个，返回一个负整数；若相等，返回零；若第一个参数大于第二个，则返回正整数。基于这一规则，上述例子的String部分便可重新写过，令其进行真正按字母顺序的排序：
　　
　　//: AlphaComp.java
　　// Using Comparator to perform an alphabetic sort
　　package c08.newcollections;
　　import java.util.*;
　　
　　public class AlphaComp implements Comparator {
　　　public int compare(Object o1, Object o2) {
　　　　// Assume it's used only for Strings...
　　　　String s1 = ((String)o1).toLowerCase();
　　　　String s2 = ((String)o2).toLowerCase();
　　　　return s1.compareTo(s2);
　　　}
　　　public static void main(String[] args) {
　　　　String[] s = Array1.randStrings(4, 10);
　　　　Array1.print(s);
　　　　AlphaComp ac = new AlphaComp();
　　　　Arrays.sort(s, ac);
　　　　Array1.print(s);
　　　　// Must use the Comparator to search, also:
　　　　int loc = Arrays.binarySearch(s, s[3], ac);
　　　　System.out.println("Location of " + s[3] +
　　　　 " = " + loc);
　　　}
　　} ///:~
　　
　　通过造型为String，compare()方法会进行“暗示”性的测试，保证自己操作的只能是String对象——运行期系统会捕捉任何差错。将两个字串都强迫换成小写形式后，String.compareTo()方法会产生预期的结果。
　　若用自己的Comparator来进行一次sort()，那么在使用binarySearch()时必须使用那个相同的Comparator。
　　Arrays类提供了另一个sort()方法，它会采用单个自变量：一个Object数组，但没有Comparator。这个sort()方法也必须用同样的方式来比较两个Object。通过实现Comparable接口，它采用了赋予一个类的“自然比较方法”。这个接口含有单独一个方法——compareTo()，能分别根据它小于、等于或者大于自变量而返回负数、零或者正数，从而实现对象的比较。下面这个例子简单地阐示了这一点：
　　
　　//: CompClass.java
　　// A class that implements Comparable
　　package c08.newcollections;
　　import java.util.*;
　　
　　public class CompClass implements Comparable {
　　　private int i;
　　　public CompClass(int ii) { i = ii; }
　　　public int compareTo(Object o) {
　　　　// Implicitly tests for correct type:
　　　　int argi = ((CompClass)o).i;
　　　　if(i == argi) return 0;
　　　　if(i < argi) return -1;
　　　　return 1;
　　　}
　　　public static void print(Object[] a) {
　　　　for(int i = 0; i < a.length; i++)
　　　　　System.out.print(a[i] + " ");
　　　　System.out.println();
　　　}
　　　public String toString() { return i + ""; }
　　　public static void main(String[] args) {
　　　　CompClass[] a = new CompClass[20];
　　　　for(int i = 0; i < a.length; i++)
　　　　　a[i] = new CompClass(
　　　　　　(int)(Math.random() *100));
　　　　print(a);
　　　　Arrays.sort(a);
　　　　print(a);
　　　　int loc = Arrays.binarySearch(a, a[3]);
　　　　System.out.println("Location of " + a[3] +
　　　　 " = " + loc);
　　　}
　　} ///:~
　　
　　当然，我们的compareTo()方法亦可根据实际情况增大复杂程度。
　　
　　3. 列表
　　
　　可用与数组相同的形式排序和搜索一个列表（List）。用于排序和搜索列表的静态方法包含在类Collections中，但它们拥有与Arrays中差不多的签名：sort(List)用于对一个实现了Comparable的对象列表进行排序；binarySearch(List,Object)用于查找列表中的某个对象；sort(List,Comparator)利用一个“比较器”对一个列表进行排序；而binarySearch(List,Object,Comparator)则用于查找那个列表中的一个对象（注释⑨）。下面这个例子利用了预先定义好的CompClass和AlphaComp来示范Collections中的各种排序工具：
　　
　　//: ListSort.java
　　// Sorting and searching Lists with 'Collections'
　　package c08.newcollections;
　　import java.util.*;
　　
　　public class ListSort {
　　　public static void main(String[] args) {
　　　　final int SZ = 20;
　　　　// Using "natural comparison method":
　　　　List a = new ArrayList();
　　　　for(int i = 0; i < SZ; i++)
　　　　　a.a