软件构造 | Equality in ADT and OOP

🧇1 Three ways to regard equality

1.1 Using AF to define the equality

ADT是对数据的抽象，体现为一组对数据的操作

抽象函数AF：内部表示→抽象表示

基于抽象函数AF定义ADT的等价操作，如果AF映射到同样的结果，则等价

1.2 Using observation to define the equality

站在外部观察者角度：对两个对象调用任何相同的操作，都会得到相同的结果，则认为这两个对象是等价的。

在这里插入图片描述

1.3 == vs. equals()

== 引用等价性：对基本数据类型，使用==判定相等

equals() 对象等价性：对对象类型，使用equals()

在自定义ADT时，需要根据对“等价”的要求，决定是否重写Object的equals()

1.4 Implementing equals()

The equals() method is defined by Object , and its default implementation looks like this:

在这里插入图片描述

Note:在Object中实现的默认equals()是在判断引用等价性，这通常不是程序员所期望的，因此，需要重写。

public classDuration {
    ...
    // Problematic definition of equals()
    public boolean equals(Duration that) {
		return this.getLength() == that.getLength();
    }
}

错误声明equal：实现的是重载而不是重写。

在这里插入图片描述

正确声明

在这里插入图片描述

在 Java 中，equals() 方法是用于比较两个对象是否相等的方法。在 Java 中，所有的类都继承自 Object 类，而 Object 类中的 equals() 方法默认实现是比较两个对象的引用是否相同（即比较内存地址）。因此，当需要在自定义类中比较对象内容时，通常需要重写 equals() 方法。

下面是一个示例，展示了如何重写 equals() 方法来比较自定义类中的对象内容：

class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (this == obj) {
            return true; // 如果是同一个对象，直接返回true
        }
        if (obj == null || getClass() != obj.getClass()) {
            return false; // 如果对象为null或者是不同类的实例，直接返回false
        }
        Person person = (Person) obj; // 强制转换为Person类
        return age == person.age && name.equals(person.name); // 比较name和age是否相等
    }

    // 省略 getter 和 setter 方法
}

public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        Person person1 = new Person("Alice", 30);
        Person person2 = new Person("Alice", 30);

        System.out.println(person1.equals(person2)); // 输出true，因为内容相同
    }
}

在上面的示例中，Person 类重写了 equals() 方法，根据对象的 name 和 age 属性来比较两个 Person 对象是否相等。在 equals() 方法中，首先比较对象引用是否相同，然后再比较类和属性是否相同。

需要注意的是，在重写 equals() 方法时，通常需要同时重写 hashCode() 方法，以确保两个方法的一致性。这样可以保证对象在放入基于散列的集合（如 HashMap、HashSet）时能够正确地根据对象内容对其进行存储和检索。

🍕 2The Object contract（对象合同）

等价关系：自反、传递、对称。
除非对象被修改了，否则调用多次equals应是同样的结果。
“相等”的对象，其hashCode()的结果必须一致。

Note:用“是否为等价关系”检验你的equals()是否正确

2.1 Hash Tables

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Object ’s default hashCode() implementation is consistent with its default equals()

在这里插入图片描述

键值对中的 key被映射为hashcode，对应到数组的index， hashcode决定了数据被存储到数组的哪个位置

2.2 Overriding hashCode()

在 Java 中，每个对象都有一个 hashCode，它是对象的哈希码，用于确定对象在哈希表等数据结构中的存储位置。hashCode 的作用是为了更高效地进行对象的存储和检索，特别是在使用基于散列的集合（如 HashMap、HashSet）时非常重要。

hashCode 方法的设计要求是：

如果两个对象通过 equals() 方法相等，则它们的 hashCode 必须相等。
如果两个对象的 hashCode 相等，它们并不一定通过 equals() 方法相等。

在实现类中重写 hashCode 方法时，通常需要保证满足上述两个要求。通常情况下，可以利用对象的属性来生成 hashCode 值，这样可以确保同样属性的对象具有相同的 hashCode。

最简单方法：让所有对象的hashCode为同一常量，符合contract，但降低了hashTable效率

通过 equals计算中用到的所有信息的hashCode组合出新的hashCode

在 Java 中，当两个对象通过 equals() 方法相等且具有相同的 hashCode 值时，如果将这两个对象放入基于散列的集合（如 HashMap、HashSet）中，只会存储一个对象。这是因为散列集合在存储对象时会先根据 hashCode 值确定对象在内部数据结构中的存储位置，然后再通过 equals() 方法来判断具体位置是否已经存在相同的对象。

具体来说，当向散列集合中添加一个对象时，首先会计算该对象的 hashCode 值，然后根据 hashCode 值找到对象在内部存储结构中的位置。如果在该位置处已经有一个对象存在，并且这个对象与新添加的对象通过 equals() 方法比较相等（即返回 true），那么新添加的对象不会被存储，以保证集合中不会存在重复的对象。

下面是一个简单示例，演示了两个相等的对象具有相同 hashCode 值时，只存储一个对象的情况：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public int hashCode() {
        int result = 17;
        result = 31 * result + name.hashCode();
        result = 31 * result + age;
        return result;
    }

    @Override
    public boolean equals(Object obj) {
        if (obj == this) {
            return true;
        }
        if (!(obj instanceof Person)) {
            return false;
        }
        Person other = (Person) obj;
        return this.name.equals(other.name) && this.age == other.age;
    }
}

public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        Map<Person, String> personMap = new HashMap<>();

        Person person1 = new Person("Alice", 30);
        Person person2 = new Person("Alice", 30);

        personMap.put(person1, "Value 1");
        personMap.put(person2, "Value 2");

        System.out.println(personMap.size()); // 输出 1，因为两个对象相等且具有相同的 hashCode
    }
}

在上面的示例中，Person 类重写了 equals() 和 hashCode() 方法，确保在两个对象具有相同属性值时返回 true 并且具有相同的哈希码。当将这两个相等的对象放入 HashMap 中时，只会存储一个对象，因为它们具有相同的 hashCode 值。因此，最终输出的大小是 1。

Always override hashCode() when you override equals()

除非你能保证你的ADT不会被放入到Hash类型的集合类中

🍿 3引用的概念

在 Java 中，引用是指向对象的指针或句柄。在 Java 中，所有对象都是通过引用来操作的，而不是直接访问对象本身。当您创建一个对象时，实际上是在堆内存中为该对象分配了空间，并返回一个引用，这个引用指向堆中的对象。Java 的引用是一种高级抽象概念，开发人员无法直接控制对象所在的内存位置，只能通过引用去访问和操作对象。

与此相对应，C 语言中的指针是直接指向内存地址的变量。在 C 中，通过指针可以直接访问或修改内存地址中的数据。指针在 C 语言中被广泛用于实现动态内存分配、访问数组元素、操作数据结构等。

下面是一个简单的示例来对比 Java 中的引用和 C 中的指针：

在 Java 中：

public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "Hello";
        String str2 = str1;
        
        System.out.println(str1); // Hello
        System.out.println(str2); // Hello
        
        str2 = "World";
        
        System.out.println(str1); // Hello
        System.out.println(str2); // World
    }
}

在这个示例中，str1 和 str2 都是对象的引用，它们最初都指向同一个字符串对象"Hello"。当我们修改 str2 的值时，它指向了一个新的字符串对象"World"，但str1 仍然指向原来的字符串对象"Hello"。

在 C 中：

#include <stdio.h>

int main() {
    int var = 10;
    int* ptr = &var;
    
    printf("Original value: %d\n", var); // 10
    printf("Value through pointer: %d\n", *ptr); // 10
    
    *ptr = 20;
    
    printf("Updated value: %d\n", var); // 20
    printf("Value through pointer: %d\n", *ptr); // 20
    
    return 0;
}