Java Comparable 接口

Jakob Jenkov 2020-10-04

Java 的 Comparable 接口（java.lang.Comparable）表示一个可以与其他对象进行比较的对象。例如，数字可以相互比较，字符串可以通过字母顺序进行比较等。Java 中许多内置类都实现了 Comparable 接口。你也可以自己实现该接口，使你自定义的类具备可比较性。

当一个类实现了 Comparable 接口后，意味着该类的实例（对象）之间可以相互比较（如上所述）。一旦对象具备了可比较性，就可以使用 Java 内置的排序功能对它们进行排序。这种排序功能可用于对 Java 对象集合进行排序。

请注意：Comparable 接口的设计初衷是用于同类对象之间的比较。换句话说，就是“苹果与苹果比”、“橙子与橙子比”，而不是“苹果与橙子比”，也不是字符串与数字、日期与车牌号等不同类型之间的比较。

Java Comparable 接口定义

Java 的 Comparable 接口位于 java.lang 包中，其定义如下：

package java.lang;

public interface Comparable<T> {
    int compareTo(T o);
}

如你所见，Comparable 接口只包含一个方法。接下来我们将详细解释 compareTo() 方法的工作原理。

`compareTo()` 方法

Java Comparable 接口中的 compareTo() 方法接受一个对象作为参数，并返回一个 int 值。该返回值用于表示调用 compareTo() 方法的对象与传入参数对象之间的大小关系。具体规则如下：

正数（1 或更大）：表示当前对象大于参数对象。
零（0）：表示两个对象相等。
负数（-1 或更小）：表示当前对象小于参数对象。

传递性比较（Transitive Comparison）

在实现 Comparable 接口时，必须遵守以下传递性比较规则：

如果 A > B 且 B > C，那么必须有 A > C。

这是 compareTo() 方法实现中必须满足的基本数学性质，以确保排序结果的一致性和正确性。

Java Comparable 示例

为了更好地理解 Comparable 接口的工作方式，下面是一个简单示例。Java 的 Integer 类已经实现了 Comparable 接口，因此可以直接调用 compareTo() 方法：

public class ComparableExample {
    public static void main(String[] args) {
        Integer valA = Integer.valueOf(45);
        Integer valB = Integer.valueOf(99);

        int comparisonA = valA.compareTo(valB);
        int comparisonB = valB.compareTo(valA);

        System.out.println(comparisonA); // 输出 -1
        System.out.println(comparisonB); // 输出 1
    }
}

输出结果为：

-1
1

解释：

因为 45 < 99，所以 valA.compareTo(valB) 返回 -1。
因为 99 > 45，所以 valB.compareTo(valA) 返回 1。

自定义实现 Java Comparable 接口

如果你需要让自己的类支持比较，可以自行实现 Comparable 接口。以下是一个 Spaceship（宇宙飞船）类的示例，它可以根据飞船类型和注册编号进行比较：

public class Spaceship implements Comparable<Spaceship> {
    private String spaceshipClass = null;
    private String registrationNo = null;

    public Spaceship(String spaceshipClass, String registrationNo) {
        this.spaceshipClass = spaceshipClass;
        this.registrationNo = registrationNo;
    }

    @Override
    public int compareTo(Spaceship other) {
        int spaceshipClassComparison = this.spaceshipClass.compareTo(other.spaceshipClass);
        if (spaceshipClassComparison != 0) {
            return spaceshipClassComparison;
        }
        return this.registrationNo.compareTo(other.registrationNo);
    }
}

注意：

本例首先比较 spaceshipClass，如果相同，则继续比较 registrationNo。这样就可以基于多个字段进行排序。
实现时指定了泛型 <Spaceship>，使得 compareTo() 方法的参数类型直接为 Spaceship，避免了强制类型转换。

不使用泛型的旧式写法（不推荐）

public class Spaceship implements Comparable {
    private String spaceshipClass = null;
    private String registrationNo = null;

    public Spaceship(String spaceshipClass, String registrationNo) {
        this.spaceshipClass = spaceshipClass;
        this.registrationNo = registrationNo;
    }

    @Override
    public int compareTo(Object o) {
        Spaceship other = (Spaceship) o;
        int spaceshipClassComparison = this.spaceshipClass.compareTo(other.spaceshipClass);
        if (spaceshipClassComparison != 0) {
            return spaceshipClassComparison;
        }
        return this.registrationNo.compareTo(other.registrationNo);
    }
}

区别在于：

没有泛型，compareTo() 参数类型为 Object。
必须显式将参数强制转换为 Spaceship 类型。

⚠️ 注意：compareTo() 方法在参数为 null 时应抛出 NullPointerException；如果参数类型不匹配（不是同一类），则应抛出 ClassCastException。因此，通常无需在方法内部做额外的空值或类型检查——直接转换即可，JVM 会在必要时自动抛出异常。