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)。