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使用TreeMap

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我们已经知道,HashMap是一种以空间换时间的映射表,它的实现原理决定了内部的Key是无序的,即遍历HashMap的Key时,其顺序是不可预测的(但每个Key都会遍历一次且仅遍历一次)。

还有一种Map,它在内部会对Key进行排序,这种Map就是SortedMap。注意到SortedMap是接口,它的实现类是TreeMap

       ┌───┐
       │Map│
       └───┘
         ▲
    ┌────┴─────┐
    │          │
┌───────┐ ┌─────────┐
│HashMap│ │SortedMap│
└───────┘ └─────────┘
               ▲
               │
          ┌─────────┐
          │ TreeMap │
          └─────────┘

SortedMap保证遍历时以Key的顺序来进行排序。例如,放入的Key是"apple""pear""orange",遍历的顺序一定是"apple""orange""pear",因为String默认按字母排序:

import java.util.*;
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> map = new TreeMap<>();
        map.put("orange", 1);
        map.put("apple", 2);
        map.put("pear", 3);
        for (String key : map.keySet()) {
            System.out.println(key);
        }
        // apple, orange, pear
    }
}

使用TreeMap时,放入的Key必须实现Comparable接口。StringInteger这些类已经实现了Comparable接口,因此可以直接作为Key使用。作为Value的对象则没有任何要求。

如果作为Key的class没有实现Comparable接口,那么,必须在创建TreeMap时同时指定一个自定义排序算法:

import java.util.*;
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Map<Person, Integer> map = new TreeMap<>(new Comparator<Person>() {
            public int compare(Person p1, Person p2) {
                return p1.name.compareTo(p2.name);
            }
        });
        map.put(new Person("Tom"), 1);
        map.put(new Person("Bob"), 2);
        map.put(new Person("Lily"), 3);
        for (Person key : map.keySet()) {
            System.out.println(key);
        }
        // {Person: Bob}, {Person: Lily}, {Person: Tom}
        System.out.println(map.get(new Person("Bob"))); // 2
    }
}

class Person {
    public String name;
    Person(String name) {
        this.name = name;
    }
    public String toString() {
        return "{Person: " + name + "}";
    }
}

注意到Comparator接口要求实现一个比较方法,它负责比较传入的两个元素ab,如果a<b,则返回负数,通常是-1,如果a==b,则返回0,如果a>b,则返回正数,通常是1TreeMap内部根据比较结果对Key进行排序。

从上述代码执行结果可知,打印的Key确实是按照Comparator定义的顺序排序的。如果要根据Key查找Value,我们可以传入一个new Person("Bob")作为Key,它会返回对应的Integer2

另外,注意到Person类并未覆写equals()hashCode(),因为TreeMap不使用equals()hashCode()

我们来看一个稍微复杂的例子:这次我们定义了Student类,并用分数score进行排序,高分在前:

import java.util.*;
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Map<Student, Integer> map = new TreeMap<>(new Comparator<Student>() {
            public int compare(Student p1, Student p2) {
                return p1.score > p2.score ? -1 : 1;
            }
        });
        map.put(new Student("Tom", 77), 1);
        map.put(new Student("Bob", 66), 2);
        map.put(new Student("Lily", 99), 3);
        for (Student key : map.keySet()) {
            System.out.println(key);
        }
        System.out.println(map.get(new Student("Bob", 66))); // null?
    }
}

class Student {
    public String name;
    public int score;
    Student(String name, int score) {
        this.name = name;
        this.score = score;
    }
    public String toString() {
        return String.format("{%s: score=%d}", name, score);
    }
}

for循环中,我们确实得到了正确的顺序。但是,且慢!根据相同的Key:new Student("Bob", 66)进行查找时,结果为null

这是怎么肥四?难道TreeMap有问题?遇到TreeMap工作不正常时,我们首先回顾Java编程基本规则:出现问题,不要怀疑Java标准库,要从自身代码找原因。

在这个例子中,TreeMap出现问题,原因其实出在这个Comparator上:

public int compare(Student p1, Student p2) {
    return p1.score > p2.score ? -1 : 1;
}

p1.scorep2.score不相等的时候,它的返回值是正确的,但是,在p1.scorep2.score相等的时候,它并没有返回0!这就是为什么TreeMap工作不正常的原因:TreeMap在比较两个Key是否相等时,依赖Key的compareTo()方法或者Comparator.compare()方法。在两个Key相等时,必须返回0。因此,修改代码如下:

public int compare(Student p1, Student p2) {
    if (p1.score == p2.score) {
        return 0;
    }
    return p1.score > p2.score ? -1 : 1;
}

或者直接借助Integer.compare(int, int)也可以返回正确的比较结果。

小结

SortedMap在遍历时严格按照Key的顺序遍历,最常用的实现类是TreeMap

作为SortedMap的Key必须实现Comparable接口,或者传入Comparator

要严格按照compare()规范实现比较逻辑,否则,TreeMap将不能正常工作。


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