Go 語言 sort.Interface接口

原文鏈接：https://gopl-zh.github.io/ch7/ch7-06.html

7.6. sort.Interface接口

排序操作和字符串格式化一樣是很多程序經(jīng)常使用的操作。盡管一個最短的快排程序只要15行就可以搞定，但是一個健壯的實現(xiàn)需要更多的代碼，并且我們不希望每次我們需要的時候都重寫或者拷貝這些代碼。

幸運的是，sort包內(nèi)置的提供了根據(jù)一些排序函數(shù)來對任何序列排序的功能。它的設(shè)計非常獨到。在很多語言中，排序算法都是和序列數(shù)據(jù)類型關(guān)聯(lián)，同時排序函數(shù)和具體類型元素關(guān)聯(lián)。相比之下，Go語言的sort.Sort函數(shù)不會對具體的序列和它的元素做任何假設(shè)。相反，它使用了一個接口類型sort.Interface來指定通用的排序算法和可能被排序到的序列類型之間的約定。這個接口的實現(xiàn)由序列的具體表示和它希望排序的元素決定，序列的表示經(jīng)常是一個切片。

一個內(nèi)置的排序算法需要知道三個東西：序列的長度，表示兩個元素比較的結(jié)果，一種交換兩個元素的方式；這就是sort.Interface的三個方法：

package sort

type Interface interface {
    Len() int
    Less(i, j int) bool // i, j are indices of sequence elements
    Swap(i, j int)
}

為了對序列進行排序，我們需要定義一個實現(xiàn)了這三個方法的類型，然后對這個類型的一個實例應用sort.Sort函數(shù)。思考對一個字符串切片進行排序，這可能是最簡單的例子了。下面是這個新的類型StringSlice和它的Len，Less和Swap方法

type StringSlice []string
func (p StringSlice) Len() int           { return len(p) }
func (p StringSlice) Less(i, j int) bool { return p[i] < p[j] }
func (p StringSlice) Swap(i, j int)      { p[i], p[j] = p[j], p[i] }

現(xiàn)在我們可以通過像下面這樣將一個切片轉(zhuǎn)換為一個StringSlice類型來進行排序：

sort.Sort(StringSlice(names))

這個轉(zhuǎn)換得到一個相同長度，容量，和基于names數(shù)組的切片值；并且這個切片值的類型有三個排序需要的方法。

對字符串切片的排序是很常用的需要，所以sort包提供了StringSlice類型，也提供了Strings函數(shù)能讓上面這些調(diào)用簡化成sort.Strings(names)。

這里用到的技術(shù)很容易適用到其它排序序列中，例如我們可以忽略大小寫或者含有的特殊字符。（本書使用Go程序?qū)λ饕~和頁碼進行排序也用到了這個技術(shù)，對羅馬數(shù)字做了額外邏輯處理。）對于更復雜的排序，我們使用相同的方法，但是會用更復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和更復雜地實現(xiàn)sort.Interface的方法。

我們會運行上面的例子來對一個表格中的音樂播放列表進行排序。每個track都是單獨的一行，每一列都是這個track的屬性像藝術(shù)家，標題，和運行時間。想象一個圖形用戶界面來呈現(xiàn)這個表格，并且點擊一個屬性的頂部會使這個列表按照這個屬性進行排序；再一次點擊相同屬性的頂部會進行逆向排序。讓我們看下每個點擊會發(fā)生什么響應。

下面的變量tracks包含了一個播放列表。（One of the authors apologizes for the other author’s musical tastes.）每個元素都不是Track本身而是指向它的指針。盡管我們在下面的代碼中直接存儲Tracks也可以工作，sort函數(shù)會交換很多對元素，所以如果每個元素都是指針而不是Track類型會更快，指針是一個機器字碼長度而Track類型可能是八個或更多。

gopl.io/ch7/sorting

type Track struct {
    Title  string
    Artist string
    Album  string
    Year   int
    Length time.Duration
}

var tracks = []*Track{
    {"Go", "Delilah", "From the Roots Up", 2012, length("3m38s")},
    {"Go", "Moby", "Moby", 1992, length("3m37s")},
    {"Go Ahead", "Alicia Keys", "As I Am", 2007, length("4m36s")},
    {"Ready 2 Go", "Martin Solveig", "Smash", 2011, length("4m24s")},
}

func length(s string) time.Duration {
    d, err := time.ParseDuration(s)
    if err != nil {
        panic(s)
    }
    return d
}

printTracks函數(shù)將播放列表打印成一個表格。一個圖形化的展示可能會更好點，但是這個小程序使用text/tabwriter包來生成一個列整齊對齊和隔開的表格，像下面展示的這樣。注意到*tabwriter.Writer是滿足io.Writer接口的。它會收集每一片寫向它的數(shù)據(jù)；它的Flush方法會格式化整個表格并且將它寫向os.Stdout（標準輸出）。

func printTracks(tracks []*Track) {
    const format = "%v\t%v\t%v\t%v\t%v\t\n"
    tw := new(tabwriter.Writer).Init(os.Stdout, 0, 8, 2, ' ', 0)
    fmt.Fprintf(tw, format, "Title", "Artist", "Album", "Year", "Length")
    fmt.Fprintf(tw, format, "-----", "------", "-----", "----", "------")
    for _, t := range tracks {
        fmt.Fprintf(tw, format, t.Title, t.Artist, t.Album, t.Year, t.Length)
    }
    tw.Flush() // calculate column widths and print table
}

為了能按照Artist字段對播放列表進行排序，我們會像對StringSlice那樣定義一個新的帶有必須的Len，Less和Swap方法的切片類型。

type byArtist []*Track
func (x byArtist) Len() int           { return len(x) }
func (x byArtist) Less(i, j int) bool { return x[i].Artist < x[j].Artist }
func (x byArtist) Swap(i, j int)      { x[i], x[j] = x[j], x[i] }

為了調(diào)用通用的排序程序，我們必須先將tracks轉(zhuǎn)換為新的byArtist類型，它定義了具體的排序：

sort.Sort(byArtist(tracks))

在按照artist對這個切片進行排序后，printTrack的輸出如下

Title       Artist          Album               Year Length
-----       ------          -----               ---- ------
Go Ahead    Alicia Keys     As I Am             2007 4m36s
Go          Delilah         From the Roots Up   2012 3m38s
Ready 2 Go  Martin Solveig  Smash               2011 4m24s
Go          Moby            Moby                1992 3m37s

如果用戶第二次請求“按照artist排序”，我們會對tracks進行逆向排序。然而我們不需要定義一個有顛倒Less方法的新類型byReverseArtist，因為sort包中提供了Reverse函數(shù)將排序順序轉(zhuǎn)換成逆序。

sort.Sort(sort.Reverse(byArtist(tracks)))

在按照artist對這個切片進行逆向排序后，printTrack的輸出如下

Title       Artist          Album               Year Length
-----       ------          -----               ---- ------
Go          Moby            Moby                1992 3m37s
Ready 2 Go  Martin Solveig  Smash               2011 4m24s
Go          Delilah         From the Roots Up   2012 3m38s
Go Ahead    Alicia Keys     As I Am             2007 4m36s

sort.Reverse函數(shù)值得進行更近一步的學習，因為它使用了（§6.3）章中的組合，這是一個重要的思路。sort包定義了一個不公開的struct類型reverse，它嵌入了一個sort.Interface。reverse的Less方法調(diào)用了內(nèi)嵌的sort.Interface值的Less方法，但是通過交換索引的方式使排序結(jié)果變成逆序。

package sort

type reverse struct{ Interface } // that is, sort.Interface

func (r reverse) Less(i, j int) bool { return r.Interface.Less(j, i) }

func Reverse(data Interface) Interface { return reverse{data} }

reverse的另外兩個方法Len和Swap隱式地由原有內(nèi)嵌的sort.Interface提供。因為reverse是一個不公開的類型，所以導出函數(shù)Reverse返回一個包含原有sort.Interface值的reverse類型實例。

為了可以按照不同的列進行排序，我們必須定義一個新的類型例如byYear：

type byYear []*Track
func (x byYear) Len() int           { return len(x) }
func (x byYear) Less(i, j int) bool { return x[i].Year < x[j].Year }
func (x byYear) Swap(i, j int)      { x[i], x[j] = x[j], x[i] }

在使用sort.Sort(byYear(tracks))按照年對tracks進行排序后，printTrack展示了一個按時間先后順序的列表：

Title       Artist          Album               Year Length
-----       ------          -----               ---- ------
Go          Moby            Moby                1992 3m37s
Go Ahead    Alicia Keys     As I Am             2007 4m36s
Ready 2 Go  Martin Solveig  Smash               2011 4m24s
Go          Delilah         From the Roots Up   2012 3m38s

對于我們需要的每個切片元素類型和每個排序函數(shù)，我們需要定義一個新的sort.Interface實現(xiàn)。如你所見，Len和Swap方法對于所有的切片類型都有相同的定義。下個例子，具體的類型customSort會將一個切片和函數(shù)結(jié)合，使我們只需要寫比較函數(shù)就可以定義一個新的排序。順便說下，實現(xiàn)了sort.Interface的具體類型不一定是切片類型；customSort是一個結(jié)構(gòu)體類型。

type customSort struct {
    t    []*Track
    less func(x, y *Track) bool
}

func (x customSort) Len() int           { return len(x.t) }
func (x customSort) Less(i, j int) bool { return x.less(x.t[i], x.t[j]) }
func (x customSort) Swap(i, j int)	{ x.t[i], x.t[j] = x.t[j], x.t[i] }

讓我們定義一個多層的排序函數(shù)，它主要的排序鍵是標題，第二個鍵是年，第三個鍵是運行時間Length。下面是該排序的調(diào)用，其中這個排序使用了匿名排序函數(shù)：

sort.Sort(customSort{tracks, func(x, y *Track) bool {
    if x.Title != y.Title {
        return x.Title < y.Title
    }
    if x.Year != y.Year {
        return x.Year < y.Year
    }
    if x.Length != y.Length {
        return x.Length < y.Length
    }
    return false
}})

這下面是排序的結(jié)果。注意到兩個標題是“Go”的track按照標題排序是相同的順序，但是在按照year排序上更久的那個track優(yōu)先。

Title       Artist          Album               Year Length
-----       ------          -----               ---- ------
Go          Moby            Moby                1992 3m37s
Go          Delilah         From the Roots Up   2012 3m38s
Go Ahead    Alicia Keys     As I Am             2007 4m36s
Ready 2 Go  Martin Solveig  Smash               2011 4m24s

盡管對長度為n的序列排序需要 O(n log n)次比較操作，檢查一個序列是否已經(jīng)有序至少需要n-1次比較。sort包中的IsSorted函數(shù)幫我們做這樣的檢查。像sort.Sort一樣，它也使用sort.Interface對這個序列和它的排序函數(shù)進行抽象，但是它從不會調(diào)用Swap方法：這段代碼示范了IntsAreSorted和Ints函數(shù)在IntSlice類型上的使用：

values := []int{3, 1, 4, 1}
fmt.Println(sort.IntsAreSorted(values)) // "false"
sort.Ints(values)
fmt.Println(values)                     // "[1 1 3 4]"
fmt.Println(sort.IntsAreSorted(values)) // "true"
sort.Sort(sort.Reverse(sort.IntSlice(values)))
fmt.Println(values)                     // "[4 3 1 1]"
fmt.Println(sort.IntsAreSorted(values)) // "false"

為了使用方便，sort包為[]int、[]string和[]float64的正常排序提供了特定版本的函數(shù)和類型。對于其他類型，例如[]int64或者[]uint，盡管路徑也很簡單，還是依賴我們自己實現(xiàn)。

練習 7.8： 很多圖形界面提供了一個有狀態(tài)的多重排序表格插件：主要的排序鍵是最近一次點擊過列頭的列，第二個排序鍵是第二最近點擊過列頭的列，等等。定義一個sort.Interface的實現(xiàn)用在這樣的表格中。比較這個實現(xiàn)方式和重復使用sort.Stable來排序的方式。

練習 7.9： 使用html/template包（§4.6）替代printTracks將tracks展示成一個HTML表格。將這個解決方案用在前一個練習中，讓每次點擊一個列的頭部產(chǎn)生一個HTTP請求來排序這個表格。

練習 7.10： sort.Interface類型也可以適用在其它地方。編寫一個IsPalindrome(s sort.Interface) bool函數(shù)表明序列s是否是回文序列，換句話說反向排序不會改變這個序列。假設(shè)如果!s.Less(i, j) && !s.Less(j, i)則索引i和j上的元素相等。