59

Как работает оператор проверки на равенство (оператор ==)?

Имеются ли ему альтернативы?

Если альтернативы имеются, то в каких ситуациях следует их применять?

0

1 ответ 1

88

Оператор ==

В Java оператор == возвращает значение типа boolean - результат сравнения экземпляров объектов, либо примитивов. Поведение операции сравнения зависит от типов её операндов (объектных, либо примитивных типов).


Сравнение объектов

Если оба операнда являются экземплярами объектных типов, то данный оператор просто проверяет равенство ссылок (указывают ли ссылки, значения которых хранятся в сравниваемых переменных, на один и тот-же объект в Heap'е), а не сравнивает на равенство внутреннее содержимое объектов.

Таким образом, при сравнении объектов в Java оператор == вернет true лишь в том случае, когда ссылки указывают на один и тот-же объект из heap (кучи).

Контрольный пример:

Integer integer1 = new Integer(1);
Integer integer2 = new Integer(1);
System.out.println(integer1 == integer2); // false

integer2 = integer1;
System.out.println(integer1 == integer2); // true

Сравнение примитивов

Сравнение примитивных типов происходит в следующих ситуациях:

  1. оба операнда являются экземплярами примитивных типов (byte, short, int, long, char, float, либо double);
  2. если хотя бы один из операндов являются экземпляром примитивного типа (byte, short, int, long, char, float, либо double), а второй является экземпляром объектного типа обертки (Wrapper Class) над примитивным (Byte, Short, Integer, Long, Character, Float, либо Double), то отработает механизм autounboxing (у экземпляра объектного типа будет вызван соответствующий этому типу метод: byteValue(), shortValue(), intValue(), longValue(), charValue(), floatValue(), либо doubleValue()), после чего мы получаем два экземпляра примитивных типов (возможно, разных - см. следующий абзац, подробнее см. здесь).

Алгоритм сравнения:

Сначала операнды распространяются (т.е. происходит "арифметическое распространение (promotion) операндов") до наибольшего, если это необходимо (если операнды являются экземплярами разных примитивных типов), а затем происходит непосредственное побитовое сравнение (если все биты равны, то возвращаемое значение будет true, иначе - false).

Контрольный пример:

Например, значение 48.0f (типа float, соответственно) равно значению '0' (код которого равен 48 согласно таблице символов Unicode) типа char, значение которого неявно распространяется до типа float.

char char1 = '0';
int int1 = 48;
float float1 = 48.0F;
Integer integer1 = 48; // произойдет вызов: Integer.valueOf(48);
System.out.println(char1 == int1);    // true
System.out.println(char1 == float1);  // true
System.out.println(int1 == float1);   // true
System.out.println(int1 == integer1); // true (произойдет вызов: integer1.intValue();)

// ---------------------------------------------

char char2 = 'A';
long long2 = 65L;
float float2 = 65.0F;
Long longInteger2 = 65L; // произойдет вызов: Long.valueOf(65L);
System.out.println(char2 == long2);        // true
System.out.println(char2 == float2);       // true
System.out.println(long2 == float2);       // true
System.out.println(long2 == longInteger2); // true (произойдет вызов: longInteger2.longValue();)

Сравнение вещественных примитивов

Для вещественных примитивов (float и double) существуют некоторые особенности, которые необходимо учитывать. Представление вещественных чисел в Java соответствует стандарту IEEE 754, т.е. число представлено в виде мантисы (значимой части) и порядка (степени, в которую возводится основание/база системы) откуда следует то, что как целая, так и дробная часть числа представлены с помощью конечного числового ряда 2^(n), где как максимальное, так и минимальное значение числа n зависят от размера мантисы и порядка, которые, в свою очередь, зависят от конкретного типа (float, double). Как следствие, о точном представлении произвольно взятого числа говорить не приходится.

Контрольный пример:

Примеры представления чисел с плавающей точкой в памяти машины согласно стандарту IEEE 754 можно найти здесь.

Само собой разумеется, что две вещественные переменные, проинициализированные одним и тем же вещественным литералом, будут равны (ведь они проинициализировались одной и той же последовательностью бит):

float float1 = 0.7F;
float float2 = 0.7F;

System.out.println(float1 == float2); // true

Но стоит начать выполнять арифметические операции с переменными данного типа, как, скорее всего, начнет накапливаться погрешность вычислений (из-за указанных выше особенностей представления экземпляров данного типа):

float float1 = 0.7F;
float float2 = 0.3F + 0.4F;

System.out.println(float1 == float2); // false
System.out.println(float1);           // 0.7
System.out.println(float2);           // 0.70000005

Контрольный пример представления нецелых чисел:

Например, число 1/10 нельзя точно представить в виде суммы отрицательных степеней числа два, в отличие от некоторых других чисел:

  1. 0.25 = 2^(-2);
  2. 0.5 = 2^(-1);
  3. 0.75 = 2^(-1) + 2^(-2);
  4. и так далее.

Контрольный пример представления целых чисел:

Так как числа с плавающей точкой представлены согласно стандарту IEEE 754, то на примере чисел с одинарной точностью представления (т.е. float) можно понять, что не смотря на то, что посредством данного типа можно хранить невероятно большие числа, точность хранения младшей части числа (младших бит) сильно ограничена.

Рассмотрим диапазоны значений типов с одинаковой размерностью (4 байта):

  • int: [-2^31, 2^(31) - 1] ≈ [-2 * 10^(9), 2 * 10^(9)];
  • float: [-3.4028235 * 10^(38), 3.4028235 * 10^(38)].

Такая невероятная разница в диапазоне хранимых целых значений возникает из-за точности хранения:

  • int хранит целые числа с абсолютной точностью, т.к. из 32 бит лишь 1 бит используется для определения знака числа, а остальные 31 для непосредственного кодирования его значения;
  • float с абсолютной точностью может хранить лишь 24 бита (23 бита мантисы + 1 зарезервированный бит), а остальные 9 (= 32 - 23) битов используются для определения порядка (8 бит) и знака числа (1 бит).

Из этого следует, что если между старшим и младшим битом более 24 бит (включая их самих), то вся та часть, что не умещается в 24 старших бита будет выкинута:

System.out.println("int:");
int int_24bit = 0b0000_1000_0000_0000_0000_0000_0001;
int int_25bit = 0b0001_0000_0000_0000_0000_0000_0001;
System.out.println("24 битное целое число: " + int_24bit);
System.out.println("25 битное целое число: " + int_25bit);
System.out.println("25 битное целое число + 1 (0b0001): " + (int_25bit += 0b0001));
System.out.println("25 битное целое число + 2 (0b0010): " + (int_25bit += 0b0010));
System.out.println("25 битное целое число + 3 (0b0011): " + (int_25bit += 0b0011));

System.out.println("\nfloat:");
float float_24bit = 0b0000_1000_0000_0000_0000_0000_0001;
float float_25bit = 0b0001_0000_0000_0000_0000_0000_0001;
System.out.println("24 битное целое число: " + (int) float_24bit);
System.out.println("25 битное целое число: " + (int) float_25bit);
System.out.println("25 битное целое число + 1 (0b0001): " + (int) (float_25bit += 0b0001));
System.out.println("25 битное целое число + 2 (0b0010): " + (int) (float_25bit += 0b0010));
System.out.println("25 битное целое число + 3 (0b0011): " + (int) (float_25bit += 0b0011));

Полный вывод программы с пояснениями:

int:
24 битное целое число: 8388609
25 битное целое число: 16777217
25 битное целое число + 1 (0b0001): 16777218
25 битное целое число + 2 (0b0010): 16777220
25 битное целое число + 3 (0b0011): 16777223

float:
24 битное целое число: 8388609
25 битное целое число: 16777216 // 25-ый (младший) бит был проигнорирован, т.е. были взяты 24 старших бита (мантиса) и учтена степень их сдвига влево (порядок)
25 битное целое число + 1 (0b0001): 16777216 // 25-ый (младший) бит был проигнорирован, т.е. значение числа не изменилось
25 битное целое число + 2 (0b0010): 16777218 // число уместилось в 24 бита, т.е. значение увеличилось на 2
25 битное целое число + 3 (0b0011): 16777220 // 25-ый (младший) бит был проигнорирован, т.е. значение числа увеличилось лишь 2, а не на 3

Примечания:

  • Для упрощения восприятия в примере выше я использовал целые числа, но стоит понимать, что это касается и дробной части, т.е. если расстояние между старшим и младшим битом более 24 битов, то все, что после 24 бита не будет сохранено (причем, старший бит может быть как составляющей целой, так и дробной части числа).

  • Точно такие же эффекты наблюдаются и для типа с двойной точностью хранения (double), но уже с иной размерностью: 52 битов мантиса (+ 1 зарезервированный), 11 битов порядок и 1 знаковый бит. Таким образом, для потери точности хранения в рамках типа double потребуется число, в двоичном представлении которого между младшим и старшим битом расстояние превышает 53 битов (включая их самих).

  • Вследствие наличия данного эффекта в высшей математике для подсчета более точной суммы ряда сначала суммируются наименьшие значения, а затем результат суммируются с большими значениями, т.е. сначала происходит наращивание значений из младших бит в более старшие. Такие действия выполняются итаративно над группами значений n раз. Количество групп значений, как следствие и итераций, зависит от разницы в значениях на определенной группе чисел.

Как следует сравнивать вещественные примитивы

Вещественные примитивы (float и double) стоит сравнивать с определенной точностью. Например, округлять их до 6-го знака после запятой (1E-6 для double, либо 1E-6F для float), либо, что предпочтительнее, проверять абсолютное значение разницы между ними.

Контрольный пример:

float float1 = 0.7F;
float float2 = 0.3F + 0.4F;
final float EPS = 1E-6F;

System.out.println(Math.abs(float1 - float2) < EPS); // true

Стоит понимать, что существуют и другие более точные, но при этом куда более изощренные варианты сравнения чисел с плавающей точкой.


Использование Pool'ов

Как уже было сказано выше, оператор == проверяет указывают ли ссылки на один и тот же объект, но иногда под этим простым выражением скрывается нечто большее, чем может показаться на первый взгляд.

Для более эффективного использования памяти, в Java используются так называемые пулы (Boolean, Short, Integer, Long и String). Когда мы создаем объект, не используя оператор new (посредством литералов, либо с использованием механизма autoboxing), объект помещается в пул, и в последствии, если мы захотим создать такой же объект (опять же, без используя оператора new), то новый объект создан не будет, а мы просто получим ссылку на наш объект из пула, т.е. по факту один и тот же объект будет переиспользован в нескольких местах (такое поведение допустимо для объектов вышеописанных типов, т.к. они являются immutable).

Примечание:

Стоит заметить, что использование любого Pool'а за исключением String будет осуществляться при любой автоупаковке (если, конечно, значение соответсвует определенному диапазону, зависящему от типа, см. autoboxing). В случае же Pool'а String интернирование (intern) работает только для литералов.


Boolean pool

Boolean pool хранит оба возможных значения, т.е. объектные Wrapper'ы для обоих примитивов (true и false).

Контрольный пример:

Boolean valueFromPool1 = true; // произойдет вызов: Boolean.valueOf(true);
Boolean valueFromPool2 = true; // произойдет вызов: Boolean.valueOf(true);

System.out.println(valueFromPool1 == valueFromPool2); // true
System.out.println(true == valueFromPool1);           // true (произойдет вызов: valueFromPool1.booleanValue();)
System.out.println((Boolean) true == valueFromPool1); // true (произойдет вызов: Boolean.valueOf(true);)

Short / Integer / Long pool

Особенность целочисленных (Short, Integer и Long) pool'ов состоит в том, что, по умолчанию, они хранят только числа, которые помещаются в тип данных byte, т.е. числа в интервале от -128 до 127 (который начиная с Java 7 (раньше это было захардкожено внутри классов java.lang.Short, java.lang.Integer и java.lang.Long, соответственно) можно расширить с помощью опции JVM, пример для Integer: -Djava.lang.Integer.IntegerCache.high=size или -XX:AutoBoxCacheMax=size). Для остальных чисел данных типов pool не работает.

Почему отсутствуют Float и Double pool:

Для чисел с плавающей точкой (Float, Double) отсутствуют специфичные pool'ы вследствие особенностей хранения таких чисел согласно стандарту IEEE 754. Использование для них pool'ов оказалось бы крайне неэффективно (хотя бы, в виду огромного количества чисел с плавающей точкой, находящихся в интервале от -128.0 до 127.0).

Контрольный пример:

Integer valueFromPool1 = 127;    // произойдет вызов: Integer.valueOf(127);
Integer valueFromPool2 = 127;    // произойдет вызов: Integer.valueOf(127);
Integer valueNotFromPool1 = 128; // произойдет вызов: Integer.valueOf(128);
Integer valueNotFromPool2 = 128; // произойдет вызов: Integer.valueOf(128);

System.out.println(valueFromPool1 == valueFromPool2);       // true
System.out.println(valueNotFromPool1 == valueNotFromPool2); // false

System.out.println(127 == valueFromPool1);              // true  (произойдет вызов: valueFromPool1.intValue();)
System.out.println(128 == valueNotFromPool1);           // true  (произойдет вызов: valueNotFromPool1.intValue();)
System.out.println((Integer) 127 == valueFromPool1);    // true  (произойдет вызов: Integer.valueOf(127);)
System.out.println((Integer) 128 == valueNotFromPool1); // false (произойдет вызов: Integer.valueOf(128);)

String pool

Выделим основные нюансы строкового пула в Java:

  1. строковые литералы (в одном/разных классе(ах) и в одном/разных пакете(ах)) представляют собой ссылки на один и тот же объект;
  2. строки, получающиеся сложением констант, вычисляются во время компиляции и далее смотри пункт первый;
  3. строки, создаваемые во время выполнения НЕ ссылаются на один и тот же объект;
  4. метод intern(), в любом случае, возвращает объект из пула, вне зависимости от того, когда создается строка, на этапе компиляции или выполнения (если на этапе выполнения, то объект сначала принудительно разместится в pool, а затем на него будет получена ссылка).

В контексте данных пунктов речь шла об "одинаковых" строковых литералах.

Контрольный пример:

String hello = "Hello", hello2 = "Hello";
String hel = "Hel", lo = "lo";

System.out.println("Hello" == "Hello");           // true
System.out.println("Hello" == "hello");           // false
System.out.println(hello == hello2);              // true
System.out.println(hello == ("Hel" + "lo"));      // true
System.out.println(hello == (hel + lo));          // false
System.out.println(hello == (hel + lo).intern()); // true

Подробнее про interning можно прочитать здесь, а про сравнивание строк здесь.


Альтерантивы оператору ==

Для сравнения двух экземпляров объектных типов в Java также существуют такие методы как: equals() и hashCode(). Методы hashCode() и equals() определены в классе java.lang.Object, который является родительским классом для объектов Java, поэтому все Java-объекты наследуют от этих методов реализацию по умолчанию.

Использование equals() и hashCode()

Метод equals(), как и следует из его названия, используется для простой проверки равенства двух объектов. Реализация этого метода, по умолчанию, проверяет равенство ссылок двух объектов, т.е. по умолчанию, поведение идентично работе оператора == за исключением того, что оператор == не позволяет сравнивать операнды неприводимых друг к другу типов.

Метод hashCode() обычно используется для получения уникального целого числа, что на самом деле не является правдой, т.к. результат работы данного метода - это целое число примитивного типа int (называемое хеш-кодом), полученное посредством работы хэш-функции входным параметром которой является объект, вызывающий данный метод, но множество возможных хеш-кодов ограничено примитивным типом int (всего 2^32 вариантов значений), а множество объектов ограничено только нашей фантазией.

Из вышеописанного между методами hashCode() и equals() следует следующий контракт:

  • если хеш-коды разные, то и объекты гарантированно разные;
  • если хеш-коды равны, то входные объекты могут быть неравны (это обусловленно тем, что множество объектов мощнее множества хеш-кодод, т.к. множество возможных хеш-кодов ограничено размером примитивного типа int).

Подробнее про данные методы можно прочитать здесь.

Переопределение поведения по умолчанию

Так как в Java отсутствует возможность переопределять операторы (т.е. поведеие оператора == не может быть изменено) как, например, в C++ или C#, то для сравнения двух объектов определенных классов согласно необходимому для вас алгоритму можно переопределить (@Override) методы equals() и hashCode() внутри нашего класса и использовать их.

Таким образом, создавая пользовательский класс следует переопределять методы hashCode() и equals(), чтобы они корректно работали и учитывали необходимые для вас данные (поля) объекта. Кроме того, если не переопределить реализацию из Object, то, например, при использовании таких объектов в java.util.HashMap у вас наверняка возникнут проблемы, поскольку HashMap активно использует hashCode() и equals() в своей работе (подробнее см. здесь).


Особенности при работе с вещественными типами Float и Double

В Java NaN'ы несравнимы между собой, но есть два исключения в работе классов Float и Double, рассмотрим на примере класса Float:

  1. Если float1 и float2 оба представляют Float.NaN, тогда метод equals возвращает true, в то время как Float.NaN == Float.NaN принимает значение false.

  2. Если float1 содержит +0.0f в то время как float2 содержит -0.0f, метод equals возвращает false, в то время как 0.0f == -0.0f возвращает true.

Контрольный пример 1:

Float float1 = new Float(Float.NaN);
Float float2 = new Float(Float.NaN);

System.out.println(float1 == float2);       // false
System.out.println(float1.equals(float2));  // true
System.out.println(Float.NaN == Float.NaN); // false

// --------------------------------------------------

Double double1 = new Double(Double.NaN);
Double double2 = new Double(Double.NaN);

System.out.println(double1 == double2);       // false
System.out.println(double1.equals(double2));  // true
System.out.println(Double.NaN == Double.NaN); // false

Контрольный пример 2:

Float float1 = new Float(0.0F);
Float float2 = new Float(-0.0F);

System.out.println(float1 == float2);      // false
System.out.println(float1.equals(float2)); // false
System.out.println(0.0F == -0.0F);         // true

// --------------------------------------------------

Double double1 = new Double(0.0);
Double double2 = new Double(-0.0);

System.out.println(double1 == double2);      // false
System.out.println(double1.equals(double2)); // false
System.out.println(0.0 == -0.0);             // true

Подведем итоги

Если вам необходимо проверить не ссылаются ли две переменных на один и тот же объект, либо сравнить на равенство два примитива, то вам определенно стоит воспользоваться оператором == (при этом стоит иметь в виду то, что вещественные числа следует сравнить лишь с определенной точностью), но если же вам необходимо сравнить именно внутреннее содержимое объектов (либо основываясь на каком-нибудь нестандартном алгоритме), на которые ссылаются данные переменные, то вам стоит воспользоваться методом equals() соответствующего класса (причем если вы в своем классе переопределяете метод equals(), то при этом вам также стоит не забыть переопределить метод hashCode() согласно вышеописанному контракту между ними).

17
  • 7
    волшебно, не хватает разве что пару строк про примитивы
    – etki
    22 фев 2016 в 19:39
  • 3
    Добавлю, что использование кэша Integer будет осуществляться при любой автоупаковке, если значение соответсвует указанному диапазону (в отличии от строк, для которых интернирование работает для литералов). Также этот диапазон можно регулировать опцией -XX:AutoBoxCacheMax. 22 фев 2016 в 21:51
  • 4
    Ваш ответ — неформат для СО. Использовать ваш ответ как цель для закрытия вопросов как дубликатов неудобно, потому что это всё равно что отправлять читать документацию: вместо решения конкретной проблемы вы заставляете читать многобукаф, всё размазано. Текст клёвый, конечно, но это статья, а не ответ. Вы решаете проблему, которая не существует. Например, у кого вообще возникает проблема со сравнением char и float в реальной жизни? Это из разряда "блеснуть знаниями перед приятелями", причём даже без толкового объяснения. Та же проблема с остальными кусками ответа — непроработанные объяснения.
    – Kyubey
    23 фев 2016 в 0:59
  • 2
    @Discord Понимаю, и я даже согласен. Изначально все так и задумывалось - лаконично разъяснить все, но в ходе написания стали всплывать особенности одна за другой. Ну, а затем стало жалко удалять то, что уже накопилось. 23 фев 2016 в 2:15
  • 2
    @StateItPrimitive Пометки "как подсказывают в комментариях" следует удалить, опцинально вместе со скобками, это мусорный текст. Ужас про "используется для получения уникального целого числа, хотя на самом деле не совсем уникального" я бы удалил без сожаления. Названия язков программирования — не код.
    – Kyubey
    23 фев 2016 в 2:49

Ваш ответ

By clicking “Отправить ответ”, you agree to our terms of service and acknowledge you have read our privacy policy.

Всё ещё ищете ответ? Посмотрите другие вопросы с метками или задайте свой вопрос.