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java排序算法

編輯：關於JAVA

Java 1.0和1.1庫都缺少的一樣東西是算術運算，甚至沒有最簡單的排序運算方法。因此，我們最好創建一個Vector，利用經典的Quicksort（快速排序）方法對其自身進行排序。
編寫通用的排序代碼時，面臨的一個問題是必須根據對象的實際類型來執行比較運算，從而實現正確的排序。當然，一個辦法是為每種不同的類型都寫一個不同的排序方法。然而，應認識到假若這樣做，以後增加新類型時便不易實現代碼的重復利用。
程序設計一個主要的目標就是“將發生變化的東西同保持不變的東西分隔開”。在這裡，保持不變的代碼是通用的排序算法，而每次使用時都要變化的是對象的實際比較方法。因此，我們不可將比較代碼“硬編碼”到多個不同的排序例程內，而是采用“回調”技術。利用回調，經常發生變化的那部分代碼會封裝到它自己的類內，而總是保持相同的代碼則“回調”發生變化的代碼。這樣一來，不同的對象就可以表達不同的比較方式，同時向它們傳遞相同的排序代碼。
下面這個“接口”（Interface）展示了如何比較兩個對象，它將那些“要發生變化的東西”封裝在內：

//: Compare.java
// Interface for sorting callback:
package c08;

interface Compare {
  boolean lessThan(Object lhs, Object rhs);
  boolean lessThanOrEqual(Object lhs, Object rhs);
} ///:~

對這兩種方法來說，lhs代表本次比較中的“左手”對象，而rhs代表“右手”對象。
可創建Vector的一個子類，通過Compare實現“快速排序”。對於這種算法，包括它的速度以及原理等等，在此不具體說明。欲知詳情，可參考Binstock和Rex編著的《Practical Algorithms for Programmers》，由Addison-Wesley於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);
  }
} ///:~

現在，大家可以明白“回調”一詞的來歷，這是由於quickSort()方法“往回調用”了Compare中的方法。從中亦可理解這種技術如何生成通用的、可重復利用（再生）的代碼。
為使用SortVector，必須創建一個類，令其為我們准備排序的對象實現Compare。此時內部類並不顯得特別重要，但對於代碼的組織卻是有益的。下面是針對String對象的一個例子：

//: 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());
  }
} ///:~

內部類是“靜態”（Static）的，因為它毋需連接一個外部類即可工作。
大家可以看到，一旦設置好框架，就可以非常方便地重復使用象這樣的一個設計——只需簡單地寫一個類，將“需要發生變化”的東西封裝進去，然後將一個對象傳給SortVector即可。
比較時將字串強制為小寫形式，所以大寫A會排列於小寫a的旁邊，而不會移動一個完全不同的地方。然而，該例也顯示了這種方法的一個不足，因為上述測試代碼按照出現順序排列同一個字母的大寫和小寫形式：A a b B c C d D。但這通常不是一個大問題，因為經常處理的都是更長的字串，所以上述效果不會顯露出來（Java 1.2的集合提供了排序功能，已解決了這個問題）。
繼承（extends）在這兒用於創建一種新類型的Vector——也就是說，SortVector屬於一種Vector，並帶有一些附加的功能。繼承在這裡可發揮很大的作用，但了帶來了問題。它使一些方法具有了final屬性（已在第7章講述），所以不能覆蓋它們。如果想創建一個排好序的Vector，令其只接收和生成String對象，就會遇到麻煩。因為addElement()和elementAt()都具有final屬性，而且它們都是我們必須覆蓋的方法，否則便無法實現只能接收和產生String對象。
但在另一方面，請考慮采用“合成”方法：將一個對象置入一個新類的內部。此時，不是改寫上述代碼來達到這個目的，而是在新類裡簡單地使用一個SortVector。在這種情況下，用於實現Compare接口的內部類就可以“匿名”地創建。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());
  }
} ///:~

這樣便可快速再生來自SortVector的代碼，從而獲得希望的功能。然而，並不是來自SortVector和Vector的所有public方法都能在StrSortVector中出現。若按這種形式再生代碼，可在新類裡為包含類內的每一個方法都生成一個定義。當然，也可以在剛開始時只添加少數幾個，以後根據需要再添加更多的。新類的設計最終會穩定下來。
這種方法的好處在於它仍然只接納String對象，也只產生String對象。而且相應的檢查是在編譯期間進行的，而非在運行期。當然，只有addElement()和elementAt()才具備這一特性；elements()仍然會產生一個Enumeration（枚舉），它在編譯期的類型是未定的。當然，對Enumeration以及在StrSortVector中的類型檢查會照舊進行；如果真的有什麼錯誤，運行期間會簡單地產生一個違例。事實上，我們在編譯或運行期間能保證一切都正確無誤嗎？（也就是說，“代碼測試時也許不能保證”，以及“該程序的用戶有可能做一些未經我們測試的事情”）。盡管存在其他選擇和爭論，使用繼承都要容易得多，只是在造型時讓人深感不便。同樣地，一旦為Java加入參數化類型，就有望解決這個問題。
大家在這個類中可以看到有一個名為“sorted”的標志。每次調用addElement()時，都可對Vector進行排序，而且將其連續保持在一個排好序的狀態。但在開始讀取之前，人們總是向一個Vector添加大量元素。所以與其在每個addElement()後排序，不如一直等到有人想讀取Vector，再對其進行排序。後者的效率要高得多。這種除非絕對必要，否則就不采取行動的方法叫作“懶惰求值”（還有一種類似的技術叫作“懶惰初始化”——除非真的需要一個字段值，否則不進行初始化）。