Net编程接口剖析系列之比较和排序 (IComparable和IComparer)

雄Frank 2011-10-23

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我们知道，与C++相比较，C#以及整个.Net并不支持多继承，而相应的，C#支持了接口，并且支持一个类型实现多个接口。对于接口的概念，相信大部分读者已经有了很好的了解，而我这里谈谈个人对于接口理解，只求抛砖引玉。

在我认为，一个接口就是一个对类型的某种能力的认证，并且是以某种标准化的形式将这种能力规范出来。你的类型实现了某个接口，换而言之，也就是说这个类型具备了此接口所标识的能力。比如现在出国留学考托福GRE，开车考驾照这些东西，其实就是相当于我们编程中接口；从某种意义上说，你通过了GRE，就说明你具备在国外学习所需要的语言能力，而你考取了驾照，就证明了你具有上路行驶的能力了。接口同样如此，给你类型实现特定的一些接口，就是给他们标记了他们所具备的特别能力，而一些依赖这些能力的功能，得以用通用的代码实现重用，实现可扩展。

我的这个关于接口的系列文章，主要是对.Net编程一些非常重要的接口来进行详细讲解，深入了解这些接口的原理和应用。这对于我们写出精简优美的代码，是非常有帮助的；毕竟，我们在知道自己想做什么之后，首先应该知道.Net Framework能给我们做什么。

在本篇以及后续的几篇文章我们将会谈到以下几个主题：

(一)比较和排序（IComparable和IComparer）

(二)枚举（IEnumerable和IEnumerator）

(三) 序列化（ISerializable和IXmlSerializable）

System.IComparable & System.IComparable<T>

顾名思义，一个实现了IComparable的class应该就是一个可以对实例进行相互比较的class，我们先来看看它的定义：

以下为引用的内容：
[ComVisible(true)]
public interface IComparable
{
int CompareTo(object obj);
}

这个接口相当简单，只提供了一个接口函数：CompareTo，如果当前对象比被比较的对象小，那么返回负数；如果相当，则返回0；如果当前对象比被比较的对象大，则返回正数。

但是，如果你觉得这个接口仅仅是能够让你比较两个对象大小，那么你就错了，这个接口更大的作用是能够实现了该类型线性数据结构的排序功能。比如List<T>.Sort()和Array的静态方法Sort都能够很好地利用IComparable来对数据进行排序，排序算法由类库实现，对于我们来说，只需要让自己的类型实现IComparable接口，负责比较两个对象大小的算法就可以了。

IComparable<T>是一个泛型接口，用于实现对特定类型的对象的比较，用法和IComparable基本一致，这里不再进行赘述，下面的例子也是根据IComparable来写的。

我们来看看下面的代码，这里定义了一个学生类Student，每个学生有自己名字和分数。Student类实现了IComparable接口，两个学生之间直接按照名字进行比较。顺便说明Scores类用于存储学生的成绩。

以下为引用的内容：

public enum SubjectEnum
{
Total =0,
Chinese,
English,
Math,
}
　　
public class Scores //分数类，用于存储分数
{
int[] _score = new int[4];
public int this[SubjectEnum score]
{
get { return _score[(int)score]; }
set { _score[(int)score] = value; }
}
public override string ToString()
{
string str = "";
foreach (int score in _score)
{
str += "　　" + score.ToString();
}
　　
return str;
}
}
　　
public class Student:IComparable //学生类
{
　　
string _name;
　　
public string Name
{
get { return _name; }
set { _name = value; }
}
　　
Scores _scores=new Scores();
　　
public Scores Scores
{
get { return _scores; }
set { _scores = value; }
}
　　
public Student(string name,int chinese, int english, int math)
{
_name = name;
　　
_scores[SubjectEnum.Chinese] = chinese;
_scores[SubjectEnum.English] = english;
_scores[SubjectEnum.Math] = math;
_scores[SubjectEnum.Total] = chinese +english +math;
}
　　
public override string ToString()
{
return _name + _scores.ToString();
}
　　
#region IComparable Members
　　
public int CompareTo(object obj)
{
if (!(obj is Student))
throw new ArgumentException("Argument not a Student", "obj");
　　
return Name.CompareTo(((Student)obj).Name);
}
　　
#endregion
}

来看看我们的Main函数，我们在一个数组中存储了若干个学生，并且利用了Array.Sort对起进行了排序。

static void Main(string[] args) { Student[] students = new Student[4]; students[0] = new Student("Michale", 80, 90, 70); students[1] = new Student("Jack", 90, 80, 75); students[2] = new Student("Alex", 88, 85, 95); students[3] = new Student("Rose", 92, 91, 65); 　　 Array.Sort(students); 　　 Console.WriteLine("Name　　Total　　Chinese　　English　　Math"); foreach (Student student in students) { Console.WriteLine(student); } 　　 Console.ReadKey(); }

下面来看看输出结果：

Name	Total	Chinese	English	Math
Alex	268	88	85	95
Jack	245	90	80	75
Michale	240	80	90	70
Rose	248	92	91	65

可以发现，学生们被很好的按照名称字母的顺序进行了排序，并且从小到大地打印出来了。但是我们这里还是要留下一个问题，假如我们有时候需要按照某项成绩进行排序又如何实现呢？假如我们排序的时候希望按照降序进行排列又该如何呢？呵呵，聪明的读者可能已经想到了，这正是我下一节想要说的内容。

以下为引用的内容： System.Collections.IComparer & System.Collections.Generic. IComparer<T>

IComparer是这么样的一个接口，它是用于实现一个专门的“比较器”，这个比较器可以对传入的两个对象比较大小。我们来看看它的定义：

以下为引用的内容： [ComVisible(true)]
public interface IComparer
{
int Compare(object x, object y);
}

大家可能会对IComparer存在的必要性有点疑问，那就是既然我们有了IComparable就能够实现对象的比较以及排序，那么还需要IComparer做什么呢，岂不是画蛇添足？我的回答是：不，IComparer的存在很有必要，因为它可以用来实现一些专门的和功能更加强大的比较器。就如现代社会的分工一样，以前落后的小农经济一去不复返了，社会上的各成员要进行相互协作才能发挥最高的效率；同样，我们设立专业的IComparer，使得比较的功能得以扩展和专业化，你有了更多的选择。将对象进行比较的时候，你可以使用不同的IComparer来使用不同的方法来比较，就像我们购买商品选择不同的品牌一样（试想这件东西不是购买的而是你自己生产的话，那么你就失去了选择的机会了）。另外专门的IComparer也可以提供一些属性，来让我们的比较变得更加灵活。

光说太抽象，我们下面还是继续上一节对学生进行排序的问题进行讨论。这里我们可以创建一个专门的学生比较类StudentComparer, 而它则实现了IComparer的泛型接口System.Collections.Generic.IComparer<Student>，StudentComparer的作用是根据成绩对学生进行比较。为了将IComparer的优越性体现出来，我们这里在StudentComparer的构造函数中增加了两个参数subject和reverse，前者用于指定我们要按照何种科目成绩进行比较，而后者则指定是否将结果取反（当然我们也可以使用Array.Reverse方法来将结果按照降序排列，这里只是实现方法之一）。好，这样我们比较器就这样设计好了，看看下面的代码：

以下为引用的内容：

public class StudentComparer: System.Collections.Generic.IComparer<Student>
{
SubjectEnum _subject;
bool _reverse;
　　
public StudentComparer(SubjectEnum subject, bool reverse)
{
_subject = subject;
_reverse = reverse;
}
　　
#region IComparer<Student> Members
　　
public int Compare(Student left, Student right)
{
if (left == null && right == null)
return 0;
else if (left == null)
return -1;
else if (right == null)
return 1;
　　
//比较响应科目的成绩
int result = left.Scores[_subject].CompareTo(right.Scores[_subject]);
　　
//如果反序，只要将结果取反即可
if (_reverse) result = -result;
return result;
}
　
#endregion
}

一个功能强大的比较器就这样实现了，那么接下来我们就来实现将学生按照总分进行从高到底的排序，这里我们只需要对main函数进行稍微的修改就可以了，使用Array.Sort的另外一个重载方法Array.Sort (T[], Generic IComparer) 来进行比较。

看到上面我们在StudentComparer的构造函数中传入了Total（总分）和True（降序），我们看看执行结果：

Name	Total	Chinese	English	Math
Alex	268	88	85	95
Rose	248	92	91	65
Jack	245	90	80	75
Michale	240	80	90	70

太棒了，IComparer是这样的神奇，想象一下如果没有IComparer而仅仅要用IComparable来实现上面的功能，将是多么麻烦的事情，更加重要的是，那会将Student类的代码变的一团糟，就如同一个上班族却天天要想着回家给自己种的蔬菜浇浇水，给自己养的猪喂喂食一样，这些琐碎的东西会让你的生活一团糟的。

.Net的库类的排序功能是如此强大，以至于我们还能够利用代理来进行排序（其实是将比较功能写在自己的专门函数中），但是本文的重点是讲解接口，所以这里对利用代理排序不再详述，只是提一下而已。

我们从IComparable和IComparer上学到的，应当不仅仅是比较和排序，而更加应该学到一种思路，一种设计模式，这才是最重要的；另外，它们还有助于加深我们对接口的理解。