Java之String类

希忘auto2024-10-10 13:35

目录

初识String

字符串比较相等

字符串常量池

理解字符串的不可变

字符与字符串

字符串常见操作

字符串比较

compareTo()函数的原码

字符串查找

字符串替换

字符串拆分

字符串截取

其它操作

StringBuffer和StringBuilder

面试题：请解释String、StringBuffer、StringBuilder的区别:

初识String

常见的构造String的方式

java 复制代码 
// 方式一
String str = "Hello Bit";

// 方式二
String str2 = new String("Hello Bit");

// 方式三
char[] array = {'a', 'b', 'c'};
String str3 = new String(array);

注意事项:
"hello" 这样的字符串字面值常量, 类型也是 String.

String 也是引用类型. String str = "Hello"; 这样的代码内存布局如下：


由于 String 是引用类型 , 因此对于以下代码

java 复制代码 
String str1 = "Hello";
String str2 = str1;

内存布局如图：

那是不是修改 str1 , str2 也会随之变化呢 ?

java 复制代码 
str1 = "World";
System.out.println(str2);

// 执行结果
Hello
我们发现 , " 修改 " str1 之后 , str2 也没发生变化 , 还是 Hello。
事实上 , str1 = "World" 这样的代码并不算 " 修改 " 字符串 , 而是让 str1 这个引用指向了一个新的 String 对象。

字符串比较相等

代码1

java 复制代码 
String str1 = "Hello";
String str2 = "Hello"; 
System.out.println(str1 == str2); 

// 执行结果
true

代码2

java 复制代码 
String str1 = new String("Hello");
String str2 = new String("Hello");
System.out.println(str1 == str2);

// 执行结果
false

我们来分析两种创建 String 方式的差异.
代码1内存布局

我们发现, str1 和 str2 是指向同一个对象的. 此时如 "Hello" 这样的字符串常量是在 字符串常量池 中.

关于字符串常量池
如 "Hello" 这样的字符串字面值常量 , 也是需要一定的内存空间来存储的 . 这样的常量具有一个特点 , 就是不需要修改( 常量嘛 ). 所以如果代码中有多个地方引用都需要使用 "Hello" 的话 , 就直接引用到常量池的这个位置就行了, 而没必要把 "Hello" 在内存中存储两次 .

代码2内存布局

通过 String str1 = new String("Hello"); 这样的方式创建的 String 对象相当于再堆上另外开辟了空间来存储"Hello" 的内容, 也就是内存中存在两份 "Hello".

String 使用 == 比较并不是在比较字符串内容, 而是比较两个引用是否是指向同一个对象.
Java 中要想比较字符串的内容 , 必须采用 String 类提供的 equals 方法。

java 复制代码 
String str1 = new String("Hello");
String str2 = new String("Hello");
System.out.println(str1.equals(str2));
// System.out.println(str2.equals(str1)); // 或者这样写也行

// 执行结果
true

equals 使用注意事项

现在需要比较 str 和 "Hello" 两个字符串是否相等, 我们该如何来写呢?

java 复制代码 
String str = new String("Hello");

// 方式一
System.out.println(str.equals("Hello"));

// 方式二
System.out.println("Hello".equals(str));
字符串常量池

在上面的例子中, String类的两种实例化操作, 直接赋值和 new 一个新的 String.
a) 直接赋值

java 复制代码 
String str1 = "hello" ;
String str2 = "hello" ; 
String str3 = "hello" ; 

System.out.println(str1 == str2); // true
System.out.println(str1 == str3); // true
System.out.println(str2 == str3); // true

为什么现在并没有开辟新的堆内存空间呢？
String类的设计使用了共享设计模式。

在JVM底层实际上会自动维护一个对象池（字符串常量池)，如果现在采用了直接赋值的模式进行String类的对象实例化操作，那么该实例化对象（字符串内容）将自动保存到这个对象池之中.

如果下次继续使用直接赋值的模式声明String类对象，此时对象池之中如若有指定内容，将直接进行引用，如若没有，则开辟新的字符串对象而后将其保存在对象池之中以供下次使用。

b) 采用构造方法

类对象使用构造方法实例化是标准做法。分析如下程序：

String str = new String ( "hello" ) ;

这样的做法有两个缺点:

  1. 如果使用String构造方法就会开辟两块堆内存空间，并且其中一块堆内存将成为垃圾空间(字符串常量 "hello" 也是一个匿名对象, 用了一次之后就不再使用了, 就成为垃圾空间, 会被 JVM 自动回收掉).

  2. 字符串共享问题. 同一个字符串可能会被存储多次, 比较浪费空间.

我们可以使用 String 的 intern 方法来手动把 String 对象加入到字符串常量池中。

java 复制代码 
// 该字符串常量并没有保存在对象池之中
String str1 = new String("hello") ; 
String str2 = "hello" ; 
System.out.println(str1 == str2); 

// 执行结果
false
    
String str1 = new String("hello").intern() ; 
String str2 = "hello" ; 
System.out.println(str1 == str2); 

// 执行结果
true

关于String类中的intern()方法

在Java中，String 类的 intern() 方法是一个非常重要的方法，它用于确保字符串常量池中只存储一份相同内容的字符串的副本。当你调用一个字符串的 intern() 方法时，如果字符串常量池中已经包含一个等于此 String 对象的字符串（通过 equals(Object) 方法确定），则返回代表池中这个字符串的 String 对象的引用。否则，将此 String 对象包含的字符串添加到常量池中，并返回此 String 对象的引用。

intern() 方法的作用：通过 intern() 方法，可以显式地将一个字符串对象添加到字符串常量池中（如果该字符串尚不存在于池中），并返回该字符串的引用。这对于减少内存中的字符串副本数量，优化内存使用非常有帮助。

intern() 方法的返回值：如果字符串常量池中已经包含与当前字符串内容相同的字符串，则返回常量池中该字符串的引用；否则，将当前字符串添加到常量池中，并返回当前字符串的引用。注意，这里的"当前字符串"指的是调用 intern() 方法的字符串对象。
面试题：请解释 String 类中两种对象实例化的区别

  1. 直接赋值：只会开辟一块堆内存空间，并且该字符串对象可以自动保存在对象池中以供下次使用。
  2. 构造方法：会开辟两块堆内存空间，不会自动保存在对象池中，可以使用 intern() 方法手工入池。
理解字符串的不可变

字符串是一种不可变对象 . 它的内容不可改变 .
String 类的内部实现也是基于 char[] 来实现的 , 但是 String 类并没有提供 set 方法之类的来修改内部的字符数组 .
感受下形如这样的代码：

java 复制代码 
String str = "hello" ; 
str = str + " world" ; 
str += "!!!" ; 
System.out.println(str); 

// 执行结果
hello world!!!

形如 += 这样的操作 , 表面上好像是修改了字符串 , 其实不是 . 内存变化如下 :

+= 之后 str 打印的结果却是变了 , 但是不是 String 对象本身发生改变 , 而是 str 引用到了其他的对象 .
为什么 String 要不可变 ?

  1. 方便实现字符串对象池 . 如果 String 可变 , 那么对象池就需要考虑何时深拷贝字符串的问题了 .
  2. 不可变对象是线程安全的 .
  3. 不可变对象更方便缓存 hash code, 作为 key 时可以更高效的保存到 HashMap 中。
字符与字符串

代码示例：获取指定位置的字符

java 复制代码 
String str = "hello" ; 
System.out.println(str.charAt(0)); // 下标从 0 开始

// 执行结果
h 

System.out.println(str.charAt(10)); 

// 执行结果
产生 StringIndexOutOfBoundsException 异常
字符串常见操作
字符串比较

代码示例

java 复制代码 
String str1 = "hello" ; 
String str2 = "Hello" ; 
System.out.println(str1.equals(str2)); // false 
System.out.println(str1.equalsIgnoreCase(str2)); // true

在 String 类中 compareTo() 方法是一个非常重要的方法，该方法返回一个整型，该数据会根据大小关系返回三类内容：

  1. 相等：返回 0.
  2. 小于：返回内容小于 0.
  3. 大于：返回内容大于 0。
    4.如果前者字符串的长度短于后者字符串的长度，会返回二者的长度差值。
compareTo()函数的原码
java 复制代码 
    public int compareTo(String anotherString) {
        int len1 = value.length;
        int len2 = anotherString.value.length;
        int lim = Math.min(len1, len2);
        char v1[] = value;
        char v2[] = anotherString.value;

        int k = 0;
        while (k < lim) {
            char c1 = v1[k];
            char c2 = v2[k];
            if (c1 != c2) {
                return c1 - c2;
            }
            k++;
        }
        return len1 - len2;
    }
字符串查找
字符串替换
字符串拆分

代码示例：实现字符串的拆分处理

java 复制代码 
String str = "hello world hello bit" ; 
String[] result = str.split(" ") ; // 按照空格拆分
for(String s: result) { 
     System.out.println(s); 
}

代码示例：字符串的部分拆分

java 复制代码 
String str = "hello world hello bit" ; 
String[] result = str.split(" ",2) ; 
for(String s: result) { 
     System.out.println(s); 
}

注意事项：

  1. 字符"|","*","+"都得加上转义字符，前面加上"\".
  2. 而如果是""，那么就得写成"\\".
  3. 如果一个字符串中有多个分隔符，可以用"|"作为连字符.
字符串截取

注意事项：

  1. 索引从 0 开始
  2. 注意前闭后开区间的写法 , substring(0, 5) 表示包含 0 号下标的字符 , 不包含 5 号下标
其它操作
StringBuffer和StringBuilder

首先来回顾下 String 类的特点：
任何的字符串常量都是 String 对象，而且 String 的常量不可改变，如果改变对象内容，改变的是其引用的指向而已。
通常来讲 String 的操作比较简单，但是由于 String 的不可更改特性，为了方便字符串的修改，提供 StringBuffer 和 StringBuilder类。 StringBuffer 和 StringBuilder 大部分功能是相同的，在String 中使用 "+" 来进行字符串连接，但是这个操作在 StringBuffer 类中需要更改为 append() 方法：
示例：StringBuffer的使用

java 复制代码 
public class Test{ 
 public static void main(String[] args) { 
     StringBuffer sb = new StringBuffer(); 
     sb.append("Hello").append("World"); 
     fun(sb); 
     System.out.println(sb); 
 } 
 public static void fun(StringBuffer temp) { 
     temp.append("\n").append("www.bit.com.cn"); 
 } 
}

String 和 StringBuffer 最大的区别在于： String 的内容无法修改，而 StringBuffer 的内容可以修改。频繁修改字符串的情况考虑使用StingBuffer 。
为了更好理解 String 和 StringBuffer ，我们来看这两个类的结构 :


可以发现两个类都是 "CharSequence" 接口的子类。这个接口描述的是一系列的字符集。所以字符串是字符集的子类，如果以后看见CharSequence ，最简单的联想就是字符串。
注意： String 和 StringBuffer 类不能直接转换。如果要想互相转换，可以采用如下原则 :

String变为StringBuffer:利用StringBuffer的构造方法或append()方法
StringBuffer变为String:调用toString()方法

面试题：请解释String、StringBuffer、StringBuilder的区别:

String的内容不可修改，StringBuffer与StringBuilder的内容可以修改.
StringBuffer与StringBuilder大部分功能是相似的。
StringBuffer采用同步处理，属于线程安全操作；而StringBuilder未采用同步处理，属于线程不安全操作。

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