20260803 课堂笔记 — 比较器排序（Comparable 自然排序 / Comparator 比较器排序）+ 20260731 课后作业解析

日期：2026-08-03
项目：c260803
包路径：course / homework0731
作者：WanJL

比较器概述：TreeSet / TreeMap 与两种排序方式
自然排序 Comparable（实体类内建排序规则）
比较器排序 Comparator（临时自定义排序）
返回值规则与 compareTo/equals 一致性的官方推荐
20260731 课后作业解析：Map 集合基本操作与遍历
20260731 课后作业解析：异常处理综合（自定义异常）
20260731 课后作业解析：匿名内部类 Comparator 排序
随堂练习要点
拓展阅读

1. 比较器概述：TreeSet / TreeMap 与两种排序方式

概念

之前学过的 HashMap / HashSet 是无序集合——取出的顺序和存入的顺序不一致（底层根据 hashCode 计算存储位置）。

而 TreeMap / TreeSet 是有序集合——取出的顺序和存入的顺序一致（注意：其实也不一定完全一致，而是排序过的）。

⚠️ 不是所有类型（包括自定义类）都能直接存入 TreeSet 或 TreeMap，是有条件的：

该类型实现了 Comparable 接口并重写了 compareTo(T o) 方法（自然排序）；

或者在创建集合对象时，在构造方法中传入比较器对象 Comparator，进行临时的自定义排序（比较器排序）。

两种排序方式的定位

排序方式	实现方式	使用场景
自然排序（Comparable）	实体类实现 `Comparable` 接口，重写 `compareTo(T o)`	默认排序方式，类设计期间就确定好的排序规则
比较器排序（Comparator）	创建集合对象时传入 `Comparator` 接口实现类，重写 `compare()`	类定义期间没实现 Comparable，或临时需要其他方式排序

使用原则：一般还是以实现 Comparable 接口为主；只有在类定义期间没有实现 Comparable 接口，或者加入集合时需要临时做其他方式的排序，才会使用 Comparator 进行临时自定义排序。

一个完整实体类的结构回顾

// 来源：course/Demo01.java（注释部分）
public class 类名 implements Comparable<类名>{
    private 类型 属性1;
    private 类型 属性2;
    ...
    private 类型 属性n;

    无参构造方法
    有参构造方法(参数...){ }

    // 可选：内部类、代码块...

    getter方法...
    setter方法...
    equals()方法...
    hashCode()方法...
    toString()方法...
    compareTo(T o)方法...
}

2. 自然排序 Comparable（实体类内建排序规则）

概念

自然排序：实体类实现 Comparable 接口，重写 compareTo(T o) 方法，根据返回值决定排序规则。这是类的默认排序方式。

// 来源：course/Student.java
package course;

public class Student implements Comparable<Student>{
    private String name;
    private int age;
    private double score;

    public Student(String name, int age, double score) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.score = score;
    }

    // getter / setter ...（略）
    // toString() ...（略）

    @Override
    public int compareTo(Student o) {
        // 设置按照年龄排序（从小到大）
        int result = this.age - o.getAge();
        // 年龄相同 → 再按姓名排序（二次比较，保证唯一性）
        return result == 0 ? this.name.compareTo(o.getName()) : result;
    }
}

关键理解

比较的就是「当前对象 this」与「传入对象 o」：this.age - o.getAge() 正负决定了当前对象比传入对象大还是小。
二次比较：只用年龄排序时，若两名学生年龄相同（返回值 0），后一个会因「重复」而无法存入 TreeSet。所以排序依据最好唯一，或再叠加其他属性比较（如姓名）。

3. 比较器排序 Comparator（临时自定义排序）

概念

比较器排序：创建集合对象的时候，传入 Comparator 接口的实现类对象，重写 compare() 方法，根据返回值进行排序。不会修改实体类本身，是临时的、自定义的排序规则。

通常配合匿名内部类使用，实现 Comparator<Student> 并重写 compare(Student o1, Student o2)。

// 来源：course/Demo01.java（部分）
package course;

import java.util.Comparator;
import java.util.TreeSet;

public class Demo01 {
    public static void main(String[] args) {
        // 按照自定义的要求临时进行排序：先按成绩升序，成绩相同再按姓名排序
        TreeSet<Student> set = new TreeSet<>(new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student o1, Student o2) {
                int result = (int) (o1.getScore() - o2.getScore());
                return result == 0 ? o1.getName().compareTo(o2.getName()) : result;
            }
        });
        set.add(new Student("张三", 7, 85));
        set.add(new Student("李四", 2, 90));
        set.add(new Student("王五", 20, 78));
        set.add(new Student("赵六", 222, 88));

        for (Student s : set) {
            System.out.println(s);
        }
    }
}

// 来源：course/Demo01.java（部分）
// 不传 Comparator → 使用 Student 类自带的自然排序（Comparable：按年龄）
TreeSet<Student> treeSet = new TreeSet<>();   // 默认使用自然排序
treeSet.add(new Student("张三", 20, 85));
treeSet.add(new Student("李四", 22, 90));
treeSet.add(new Student("王五", 20, 78));     // 年龄 20 与"张三"相同 → 触发 name 二次比较
treeSet.add(new Student("赵六", 21, 88));

for (Student s : treeSet) {
    System.out.println(s);
}

关键理解

构造方法传 Comparator = 覆盖默认排序：new TreeSet<>(comparator) 用的是比较器排序；new TreeSet<>() 用的是自然排序。
Comparator 不改动实体类：排序规则写在集合这边，适合「类已定稿、临时按别的规则排序」的场景。
匿名内部类是 Comparator 最常用的实现方式（后续 Collections.sort 也用它）。

4. 返回值规则与 compareTo/equals 一致性的官方推荐

两种方式共用的返回值规则

返回值	含义	处理结果
负数	当前存入的元素比较小	存左边
0	当前存入的元素和已有元素「重复」	不存（TreeSet 去重 / TreeMap 键去重）
正数	当前存入的元素比较大	存右边

为什么官方强烈推荐「compareTo == 0 时 equals 也返回 true」？

因为这样能更好地存入 TreeMap / TreeSet 集合：

如果我们设置的是根据年龄排序（或其他某个属性），那么当把这些对象存入 TreeMap/TreeSet 时，会因为某个属性相同导致对象存入不进集合。
官方建议：如果 x1.compareTo(x2) == 0 或 compare(x1, x2) == 0，那么建议 x1.equals(x2) 返回 true，并且 hashCode 一致。

这样排序判定、相等判定、哈希判定三者保持一致，集合的「去重」行为才符合预期。

5. 20260731 课后作业解析：Map 集合基本操作与遍历

作业要求回顾

创建 HashMap<String, Integer> 保存学号-成绩，练习 put/size/get/containsKey/remove 等基本操作；分别用 keySet + get 和 entrySet 两种方式遍历；再创建 TreeMap 观察按键自动排序的效果。

代码解析

// 来源：homework0731/p2_map/MapDemo.java
package homework0731.p2_map;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.Set;
import java.util.TreeMap;

public class MapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 1. 创建 HashMap，添加 4 组成绩
        HashMap<String, Integer> hashMap = new HashMap<>();
        hashMap.put("x001", 90);
        hashMap.put("x002", 85);
        hashMap.put("x003", 92);
        hashMap.put("x004", 78);

        // 2. 输出集合大小
        int size = hashMap.size();               // 学生人数：4

        // 3. 查询 / 判断键是否存在
        // get("x002") → 85
        // containsKey("x001") → true，containsKey("x999") → false

        // 4. 修改：put("x004", 88)（键已存在 → 覆盖旧值）

        // 5. 删除：remove("x001")

        // 6. 遍历方式二：entrySet() + getKey()/getValue()
        Set<Map.Entry<String, Integer>> entries = hashMap.entrySet();
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : entries) {
            System.out.println(entry.getKey() + "--->" + entry.getValue());
        }

        // 7. TreeMap：放入同样的 4 组数据，按键（学号）自动排序
        TreeMap<String, Integer> treeMap = new TreeMap<>();
        treeMap.put("x001", 90);
        treeMap.put("x002", 85);
        treeMap.put("x003", 92);
        treeMap.put("x004", 78);

        Set<String> set = treeMap.keySet();
        for (String key : set) {
            Integer value = treeMap.get(key);
            System.out.println(key + "--->" + value);
        }
    }
}

知识点总结

知识点	说明
`put(key, value)`	添加键值对；键已存在时覆盖旧值（即修改）
`size()` / `get(key)`	集合大小 / 根据键取值
`containsKey(key)`	判断键是否存在
`remove(key)`	根据键删除键值对
keySet() 遍历	先取所有键（`Set<K>`），再 `get(key)` 反查值
entrySet() 遍历	一次性拿到键值对 Entry，`getKey()/getValue()` 直接取值，效率更高
TreeMap	按键自动排序（学号 x001→x004 按字典序输出），与 HashMap 无序形成对比

6. 20260731 课后作业解析：异常处理综合（自定义异常）

作业要求回顾

循环输入 5 个成绩（0~100），用 try-catch 处理异常：输入非整数 → InputMismatchException；成绩不在 0~100 → 抛出自定义 InvalidScoreException；最后用迭代器遍历输出成绩。

自定义异常类

// 来源：homework0731/p4_exception/InvalidScoreException.java
package homework0731.p4_exception;

// 自定义运行时异常：继承 RuntimeException，构造方法传入错误信息
public class InvalidScoreException extends RuntimeException {
    public InvalidScoreException(String message) {
        super(message);
    }
}

主程序解析

// 来源：homework0731/p4_exception/ScoreStatisticsDemo.java
package homework0731.p4_exception;

import java.util.ArrayList;
import java.util.InputMismatchException;
import java.util.Iterator;
import java.util.Scanner;

public class ScoreStatisticsDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        ArrayList<Integer> scores = new ArrayList<>();

        // 循环输入 5 个合法成绩；i 只有输入成功才自增（保证最终拿到 5 个合法成绩）
        for (int i = 0; i < 5; ) {
            try {
                int s = sc.nextInt();
                if (s < 0 || s > 100) {
                    throw new InvalidScoreException("成绩必须在0~100之间");  // 主动抛出自定义异常
                }
                scores.add(s);
                i++;
            } catch (InputMismatchException e) {   // 输入的不是整数
                System.out.println("请输入整数");
                sc.nextLine();                      // 清空缓冲区，避免死循环
            } catch (InvalidScoreException e) {     // 成绩越界
                System.out.println("成绩不合法：成绩必须在0~100之间");
            }
        }

        // 使用迭代器遍历输出所有成绩
        Iterator<Integer> iterator = scores.iterator();
        while (iterator.hasNext()) {
            Integer i = iterator.next();
            System.out.print(i + ", ");
        }
    }
}

知识点总结

知识点	说明
自定义异常	继承 `RuntimeException`（运行时异常）即可，通过构造方法传入 `message`
throw 主动抛出	`throw new InvalidScoreException("...")` 在业务逻辑中主动制造异常
多 catch 块	一个 try 可配多个 catch，分别捕获 `InputMismatchException` 和自定义异常
`sc.nextLine()` 清空缓冲	捕获 `InputMismatchException` 后必须清空输入缓冲，否则会陷入死循环
循环内 i++ 放在 try 内	只有输入合法才自增计数，保证最终得到 5 个合法成绩（程序更鲁棒）

7. 20260731 课后作业解析：匿名内部类 Comparator 排序

作业要求回顾

创建 ArrayList<Student>，用匿名内部类实现 Comparator<Student> 分别按年龄升序、成绩降序排序（Collections.sort）；再创建 TreeSet<Student> 传入按姓名排序的匿名 Comparator，观察自动排序。

代码解析

// 来源：homework0731/p5_sort/SortDemo.java
package homework0731.p5_sort;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Collections;
import java.util.Comparator;

public class SortDemo {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayList<Student> list = new ArrayList<>();
        list.add(new Student("张三", 20, 85));
        list.add(new Student("李四", 22, 90));
        list.add(new Student("王五", 19, 78));
        list.add(new Student("赵六", 21, 88));

        // 1. 匿名内部类实现 Comparator，按年龄升序排序
        Collections.sort(list, new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student s1, Student s2) {
                return s1.getAge() - s2.getAge();   // 年龄升序
            }
        });
        for (Student s : list) {
            System.out.println(s);
        }

        // 2. 匿名内部类 Comparator，按成绩（double）降序排序
        //    注意：double 不能直接相减强转，用 Double.compare 最安全
        Collections.sort(list, new Comparator<Student>() {
            @Override
            public int compare(Student s1, Student s2) {
                return Double.compare(s2.getScore(), s1.getScore());   // 成绩降序
            }
        });

        // 3. 创建 TreeSet<Student>，传入按姓名排序的匿名 Comparator，迭代器遍历观察自动排序
        // TreeSet<Student> treeSet = new TreeSet<>(comparator);  // 添加学生后自动按姓名排序
    }
}

// 来源：homework0731/p5_sort/Student.java（普通实体类，未实现 Comparable）
package homework0731.p5_sort;

public class Student {
    private String name;
    private int age;
    private double score;

    public Student(String name, int age, double score) {
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.score = score;
    }

    // getter / setter ...（略）
    // toString() ...（略）
}

知识点总结

知识点	说明
`Collections.sort(list, comparator)`	对 List 集合用比较器排序（原地排序，改变原集合）
匿名内部类 Comparator	临时指定排序规则，无需修改 Student 类（本例 Student 未实现 Comparable）
`Double.compare(a, b)`	double 类型比较的正确姿势：浮点数相减精度丢失，且无法强转 int；用 `Double.compare` 最安全
Comparator 降序技巧	交换 `compare` 中两个参数的位置即可反向：`compare(s2, s1)` = 降序
TreeSet + Comparator	无参构造用自然排序；传入 Comparator 的构造用比较器排序，存入即自动排序

8. 随堂练习要点

练习一：自然排序（Comparable）与比较器排序（Comparator）对比

核心步骤：

Student 类实现 Comparable<Student>，compareTo 按年龄升序（年龄相同再按姓名）
new TreeSet<>() 存入 4 名学生 → 观察自然排序结果
new TreeSet<>(new Comparator<Student>() {...}) 按成绩升序 → 观察比较器排序结果
对比两种排序的输出顺序

思考：

为什么年龄相同的两名学生会「丢失」一个？—— compareTo 返回 0 视为重复，不存入；所以排序依据最好唯一，或叠加二次比较（姓名）
什么时候用 Comparable，什么时候用 Comparator？—— 类设计期确定默认规则用 Comparable；类已定稿需临时换规则用 Comparator

练习二：Map 集合基本操作与遍历（作业一）

核心步骤：

HashMap 的 put/size/get/containsKey/remove 五类操作
keySet() + get() 遍历；entrySet() + getKey()/getValue() 遍历
TreeMap 用同样数据验证按键自动排序

思考：

put 键已存在时是「添加」还是「修改」？—— 覆盖旧值，等价于修改
keySet 遍历和 entrySet 遍历哪个效率高？—— entrySet 一次拿到键和值；keySet 还要 get(key) 反查一次

练习三：异常处理综合（作业二）

核心步骤：

自定义 InvalidScoreException extends RuntimeException
输入循环内 try-catch 多 catch 块（InputMismatchException / InvalidScoreException）
迭代器遍历输出成绩

思考：

捕获 InputMismatchException 后为什么要 sc.nextLine()？—— 清空输入缓冲区，否则错误输入会反复触发异常形成死循环
自定义异常继承 RuntimeException 和 Exception 有何区别？—— RuntimeException 是运行时异常，方法内抛出可不用显式声明 throws，编译不强制处理

练习四：匿名内部类 Comparator 排序（作业三）

核心步骤：

Collections.sort(list, new Comparator<Student>(){...}) 按年龄升序
按成绩降序：Double.compare(s2.getScore(), s1.getScore())
TreeSet<Student> 传入按姓名排序的匿名 Comparator，迭代器遍历

思考：

double 成绩比较为什么不用 (int)(s1.getScore()-s2.getScore())？—— double 相减可能有精度误差，强转 int 也不安全；Double.compare 是标准做法
降序为什么交换参数位置即可？—— compare 返回值符号取反，排序方向随之反转

前置知识	当前知识	后续知识
匿名内部类（0727）	Comparator 匿名内部类实现	Lambda 表达式（函数式接口）
集合体系与泛型（0729）	TreeSet / TreeMap 有序集合	红黑树底层（0731 已讲）
HashMap 基本操作（0731）	Map 综合练习（keySet/entrySet 遍历）	Map 与 Set 的互转、分组统计
异常处理（0728）	自定义异常 + 多 catch 块	异常链、try-with-resources

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20260803 课堂笔记 — 比较器排序（Comparable 自然排序 / Comparator 比较器排序）+ 20260731 课后作业解析

目录

1. 比较器概述：TreeSet / TreeMap 与两种排序方式

概念

两种排序方式的定位

一个完整实体类的结构回顾

2. 自然排序 Comparable（实体类内建排序规则）

概念

关键理解

3. 比较器排序 Comparator（临时自定义排序）

概念

关键理解

4. 返回值规则与 compareTo/equals 一致性的官方推荐

两种方式共用的返回值规则

为什么官方强烈推荐「compareTo == 0 时 equals 也返回 true」？

5. 20260731 课后作业解析：Map 集合基本操作与遍历

作业要求回顾

代码解析

知识点总结

6. 20260731 课后作业解析：异常处理综合（自定义异常）

作业要求回顾

自定义异常类

主程序解析

知识点总结

7. 20260731 课后作业解析：匿名内部类 Comparator 排序

作业要求回顾

代码解析

知识点总结

8. 随堂练习要点

练习一：自然排序（Comparable）与比较器排序（Comparator）对比

练习二：Map 集合基本操作与遍历（作业一）

练习三：异常处理综合（作业二）

练习四：匿名内部类 Comparator 排序（作业三）

9. 拓展阅读

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概念

两种排序方式的定位

一个完整实体类的结构回顾

2. 自然排序 Comparable（实体类内建排序规则）

概念

关键理解

3. 比较器排序 Comparator（临时自定义排序）

概念

关键理解

4. 返回值规则与 compareTo/equals 一致性的官方推荐

两种方式共用的返回值规则

为什么官方强烈推荐「compareTo == 0 时 equals 也返回 true」？

5. 20260731 课后作业解析：Map 集合基本操作与遍历

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6. 20260731 课后作业解析：异常处理综合（自定义异常）

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8. 随堂练习要点

练习一：自然排序（Comparable）与比较器排序（Comparator）对比

练习二：Map 集合基本操作与遍历（作业一）

练习三：异常处理综合（作业二）

练习四：匿名内部类 Comparator 排序（作业三）

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