8.5 排序
8.5 排序
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异常。事实上，我们在编译或运行期间能保证一切都正确无误吗？（也就是说，“代码测试时也许不能保证”，以及“该程序的用户有可能做一些未经我们测试的事情”）。尽管存在其他选择和争论，使用继承都要容易得多，只是在造型时让人深感不便。同样地，一旦为 Java 加入参数化类型，就有望解决这个问题。
大家在这个类中可以看到有一个名为“sorted”的标志。每次调用 addElement()时，都可对 Vector 进行排序，而且将其连续保持在一个排好序的状态。但在开始读取之前，人们总是向一个 Vector 添加大量元素。所以与其在每个 addElement()后排序，不如一直等到有人想读取 Vector，再对其进行排序。后者的效率要高得多。这种除非绝对必要，否则就不采取行动的方法叫作“懒惰求值”（还有一种类似的技术叫作“懒惰初始化”——除非真的需要一个字段值，否则不进行初始化）。