Comparator 介面：建立與使用

1. 簡介

在實務中，比較物件很少只需要一種方式。想像你有一個使用者清單：有時想依名字排序，有時依年齡，有時則依姓氏長度。或者你手上的類別並非你所撰寫，因此無法為其加入 compareTo。針對這些情境，Java 提供了 Comparator 介面。

何時 Comparable 不夠用

• 類別無法修改（例如來自第三方函式庫）。
• 需要多種排序方式（依不同欄位）。
• 希望將比較邏輯與類別本身分離（例如在程式不同部分採用不同排序方式）。

類比
如果 Comparable 是物件內建的「自然順序」，那麼 Comparator 就是外部的「裁判」，可以依任何標準評分你的物件：今天依名字、明天依年齡、後天依名字長度。

2. Comparator 介面：語法與契約

介面宣告

public interface Comparator<T> {
    int compare(T o1, T o2);
}

方法 compare 應回傳：

• 負數，如果第一個物件「小於」第二個。
• 0，如果它們相等。
• 正數，如果第一個「大於」第二個.

契約與 Comparable 相同，只是現在比較的是兩個物件，而不是透過 compareTo 比較「當前」與「另一個」。

範例：依姓氏排序的比較器

假設有一個類別 Person：

public class Person {
    private String firstName;
    private String lastName;
    private int age;

    // 建構子與 getter
    public Person(String firstName, String lastName, int age) {
        this.firstName = firstName;
        this.lastName = lastName;
        this.age = age;
    }
    public String getFirstName() { return firstName; }
    public String getLastName() { return lastName; }
    public int getAge() { return age; }
}

建立一個依姓氏排序的比較器：

import java.util.Comparator;

public class LastNameComparator implements Comparator<Person> {
    @Override
    public int compare(Person a, Person b) {
        return a.getLastName().compareTo(b.getLastName());
    }
}

備註：字串（String）的 compareTo 會以字典順序比較。

3. 使用 Comparator：集合排序

使用比較器進行排序

import java.util.*;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<Person> people = new ArrayList<>();
        people.add(new Person("Anna", "Kostetskaya", 25));
        people.add(new Person("Boris", "Novak", 20));
        people.add(new Person("Viktoriya", "Bell", 22));

        // 依姓氏排序
        Collections.sort(people, new LastNameComparator());

        for (Person p : people) {
            System.out.println(p.getLastName() + " " + p.getFirstName());
        }
    }
}

結果：

Novak Boris
Kostetskaya Anna
Bell Viktoriya

使用比較器依年齡排序

即使類別已依姓名實作 Comparable，仍可另外建立一個比較器——依年齡：

public class AgeComparator implements Comparator<Person> {
    @Override
    public int compare(Person a, Person b) {
        return Integer.compare(a.getAge(), b.getAge());
    }
}

使用方式相同：

Collections.sort(people, new AgeComparator());

結果：

Boris Novak (20)
Viktoriya Bell (22)
Anna Kostetskaya (25)

範例：即時選擇比較器

Collections.sort(people, new LastNameComparator()); // 依姓氏
Collections.sort(people, new AgeComparator());      // 依年齡

4. 匿名類別與 Lambda 運算式

比較器可以「即時」建立，無需宣告成獨立類別。

匿名類別

Collections.sort(people, new Comparator<Person>() {
    @Override
    public int compare(Person a, Person b) {
        return a.getFirstName().compareTo(b.getFirstName());
    }
});

Lambda 運算式

Collections.sort(people, (a, b) -> a.getFirstName().compareTo(b.getFirstName()));

或更簡潔地使用清單的方法 List.sort：

people.sort((a, b) -> a.getFirstName().compareTo(b.getFirstName()));

• 匿名類別是較舊的作法，顯得冗長。
• Lambda 現代且精簡。

5. 範例：依不同條件排序

依姓氏長度排序

Comparator<Person> byLastNameLength = (a, b) ->
        Integer.compare(a.getLastName().length(), b.getLastName().length());
people.sort(byLastNameLength);

先依年齡、再依名字（多層排序）

Comparator<Person> byAgeThenName = (a, b) -> {
    int cmp = Integer.compare(a.getAge(), b.getAge());
    if (cmp != 0) return cmp;
    return a.getFirstName().compareTo(b.getFirstName());
};
people.sort(byAgeThenName);

在搜尋中使用比較器（範例）

比較器不僅適用於排序，也可用於在已排序的集合中搜尋：

// people 必須已依年齡排序！
Person key = new Person("?", "?", 22);
int idx = Collections.binarySearch(people, key, new AgeComparator());
if (idx >= 0) {
    System.out.println("找到年齡為 22 的人：" + people.get(idx));
}

6. 最佳實務與使用 Comparator 的要點

不要違反契約

• 若 compare(a, b) 回傳 0，則 compare(b, a) 也必須回傳 0。
• 若 compare(a, b) > 0，則 compare(b, a) < 0。
• 記得考慮可能的 null 值（見下）。

別忘了 equals 與 hashCode

雖然比較器可以「自行」比較物件，但對於 TreeSet 這類結構，或在 TreeMap 中搜尋鍵時，重要的是比較器的邏輯需與 equals 一致。否則可能出現預期外的行為：兩個不同的物件依比較器被視為相等，但依 equals 則不相等。

考慮 null 的排序

若欄位可能為 null，請使用現成的輔助方法：

Comparator<Person> byLastNameNullSafe = Comparator.comparing(
    Person::getLastName,
    Comparator.nullsLast(String::compareTo)
);
people.sort(byLastNameNullSafe);

7. 實用細節

表格：Comparable 與 Comparator 的比較

int compareTo(T o)

int compare(T o1, T o2)

Collections.sort(list)

Collections.sort(list, comp)

範例：遞減排序

可以手動反轉順序：

Comparator<Person> byAgeDesc = (a, b) -> Integer.compare(b.getAge(), a.getAge());
people.sort(byAgeDesc);

或使用 reversed()：

Comparator<Person> byAge = Comparator.comparingInt(Person::getAge);
people.sort(byAge.reversed());

8. 使用 Comparator 的常見錯誤

錯誤 №1：違反比較契約。 若你忘了 compare(a, b) 與 compare(b, a) 的符號應相反，或回傳任意值（例如直接做差：a.getAge() - b.getAge()，可能溢位），結果將不可預期。請使用 Integer.compare，不要用減法——這樣較安全。

錯誤 №2：忽略 null 值。 若用於比較的欄位可能是 null，務必處理（例如透過 Comparator.nullsFirst/Comparator.nullsLast），否則很容易在最意想不到的時刻得到 NullPointerException。

錯誤 №3：不穩定的排序準則。 若比較器對相同物件回傳不同值（例如使用隨機數或高度可變的欄位），排序可能表現混亂。

錯誤 №4：與 equals 不一致。 若 compare(a, b) == 0，但 a.equals(b) 為 false，像是 TreeSet、TreeMap 這類集合可能不如你預期。理想情況是：比較器的相等與 equals 的相等一致。

錯誤 №5：對外部類別在沒有比較器的情況下進行排序。 若你嘗試對「外部」類別的物件排序，卻沒有 Comparable 也未提供 Comparator，將得到編譯錯誤。請傳入明確的比較器。