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【Java】String 类详解：字符串操作的必备知识

🕗 发布于 2024-10-07 14:45 java  开发语言  

 📃个人主页：island1314

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1 基本概念

  • java.lang.String 类用于描述字符串，Java程序中所有的字符串面值都可以用该类的对象加以描述。

  • 该类由 final 关键字修饰，表示该类不能被继承。
  • 从 jdk1.9开始该类的底层不使用 char[] 来存储数据，而是改成 byte[] 加上编码标记，从而节约了一些空间。
  • 该类描述的字符串内容是个常量，不可更改，可以被共享使用。

🚀 创建字符串 String

// 方式一：使用常量串构造
String str = "Hello Bit";
// 方式二：直接newString对象
String str2 = new String("Hello Bit");
// 方式三：使用字符数组进行构造
char[] array = {'a', 'b', 'c'};
String str3 = new String(array);

2 字符串常量池

🔥 常量池（了解）：由于String 类型描述的字符串内容是常量不可改变，因此 Java 虚拟机将首次出现的字符串放入常量池中，若后续代码中出现了相同字符串内容则直接使用池中已有的字符串对象而无需申请内存及创建对象，从而提高了性能

在下面的例子中, String类的两种实例化操作, 直接赋值和 new 一个新的 String

（1）直接赋值

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

理解 "池" (pool)

  • "池" 是编程中的一种常见的, 重要的提升效率的方式, 我们会在未来的学习中遇到各种 "内存池", "线程池", "数据库连接池" ....
  • 举个栗子：
  • 假如 A 对象为 B ，并且同时还有一个备胎 C，当 A 与 B 分手之后，A 就可以立即找 C接盘，这样 脱单效率比较高，如果 A 不止一个备胎的话，那么我们就称这些备胎就称为 备胎池。

（2）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
// 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

因此我们就可以知道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。

3 字符串的不可变性

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.

举个例子 ：

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.

回顾引用

  • 引用相当于一个指针, 里面存的内容是一个地址. 我们要区分清楚当前修改到底是修改了地址对应内存的内容发生改变了, 还是引用中存的地址改变了.

那么如果实在需要修改字符串, 例如, 现有字符串 str = "Hello" , 想改成 str = "hello" , 该怎么办?

a.  常见办法： 

  • 借助原字符串, 创建新的字符串
String str = "Hello";
str = "h" + str.substring(1);
System.out.println(str);
// 执行结果
hello
String str = "Hello";

b. 特殊办法(选学)：

  • 使用 "反射" 这样的操作可以破坏封装, 访问一个类内部的 private 成员。
  • IDEA 中 ctrl + 左键 跳转到 String 类的定义, 可以看到内部包含了一个 char[] , 保存了字符串的内容.

String str = "Hello"
// 获取 String 类中的 value 字段. 这个 value 和 String 源码中的 value 是匹配的.
Field valueField = String.class.getDeclaredField("value");
// 将这个字段的访问属性设为 true
valueField.setAccessible(true);
// 把 str 中的 value 属性获取到.
char[] value = (char[]) valueField.get(str);
// 修改 value 的值
value[0] = 'h';
System.out.println(str);
// 执行结果
hello

关于反射

  1. 反射是面向对象编程的一种重要特性, 有些编程语言也称为 "自省".
  2. 指的是程序运行过程中, 获取/修改某个对象的详细信息(类型信息, 属性信息等), 相当于让一个对象更好的 "认清自己" .
  3. Java 中使用反射比较麻烦一些. 我们后面会详细介绍反射的具体用法.

为什么 String 要不可变?(不可变对象的好处是什么?) (选学)

  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

综上，我们对于下面这种代码就知道它会产生大量的临时对象，效率比较低，应该被避免

String str = "hello" ;
for(int x = 0; x < 1000; x++) {
  str += x ;
}
System.out.println(str);

4 字符串操作

4.1 字符串比较

地址比较
  • 对于内置类型（数据类型）， == 比较的是变量中的值；
  • 对于引用类型 == 比较的是引用中的地址
public static void main(String[] args) {
        String s1 = new String("hello");
        String s2 = new String("world");
        String s3 = s1;
        System.out.println(s1 == s2); //false
        System.out.println(s2 == s3); //false
        System.out.println(s1 == s3); //true
}
  • s1与s2对象的地址值是不一样的，所以是false，在将s2的地址传给s1，此时再次比较，输出的就是true

内容比较
equals

在String重写了Object类的equals方法后，就大大简化了我们的比较过程

  • equals (Object anObject) 方法：比较字符串内容是否相等并返回，返回值为 boolean 类型
  • equalsIgnoreCase (String anotherString)方法：比较字符串内容是否相等并返回，返回值为 boolean 类型，不考虑大小写， 如：'A’和’a’是相等

案例：

String str = new String("Hello World");
//注意：开发中作比较一般常量值在前，变量值在后
System.out.println("hello world".equals(str));//false
System.out.println("hello world".equalsIgnoreCase(str));//true

equals 注意事项

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

// 方法1
System.out.println("hello".equals(s));

// 方法2
System.out.println(s.equals("hello"));

在上面的代码中, 哪种方式更好呢?
我们更推荐使用 "方式1"，一旦 str 是 null, 方式2 的代码会抛出异常, 而方式二不会

注意事项： "Hello" 这样的字面值常量, 本质上也是一个 String 对象, 完全可以使用 equals 等 String 对象的方法

compareTo 

相比于上面 equals比较返回 true，compareTo 返回的是 int 类型

  • compareTo (String anotherString) 方法：比较调用对象和参数对象的大小关系，返回值为 int 类型
  • compareToIgnoreCase (String str)方法：比较调用对象和参数对象的大小关系，返回值为 int 类型，不考虑大小写，也就是’a’和’A’是相等的关系

比较大小的方法：

  1. 例如 A.compareTo(B)，拿方法调用者(A)的字符依次与方法参数(B)的字符作比较，即用 A 的 ASCII码减去 B 的ASCII码；
  2. 结果有三种：负整数、正整数、零。负整数即按字典顺序 A 在 B 之前，正整数即 A 在 B 之后，零则为字符串相等。

注意：比较出大小就不往后进行，即从第一个字符串开始比较，相同则比较下一个，直到比较出大小或比较到最后一个字符。

案例：

String str = "hello";
System.out.println(str.compareTo("world"));  // 'h' - 'w' => 104 - 119 => -15
System.out.println(str.compareTo("haha"));   // 'e' - 'a' => 101 - 97  => 4
System.out.println(str.compareTo("heihei")); // 'l' - 'i' => 108 - 105 => 3
System.out.println(str.compareTo("helloworld")); // 长度： 5 - 10 => -5
System.out.println(str.compareToIgnoreCase("HELLO")); // 0

4.2 字符串查找

方法名称

作用

char charAt (int index)     

返回index位置上字符，如果index为负数或者越界，抛出

IndexOutOfBoundsException 异常。

int indexOf (String str)

返回 str 第一次出现的位置，没有返回 -1

int indexOf (String str, int fromIndex)

从 fromIndex 位置开始找 ch 第一次出现的位置，没有返回 -1

int indexOf (String str)

返回 str 第一次出现的位置，没有返回 -1

int indexOf (String str, int fromIndex)

从 fromIndex 位置开始找 str 第一次出现的位置，没有返回 -1

int lastIndexOf (String str)

从后往前找，返回 str 第一次出现的位置，没有返回 -1

Int lastIndexOf (String str, int fromIndex)

从 fromIndex 位置开始找，从后往前找 ch 第一次出现的位置，没有返回-1

int lastIndexOf (String str)

从后往前找，返回 str 第一次出现的位置，没有返回 -1

int lastIndexOf(String str, int fromIndex)

从 fromIndex 位置开始找，从后往前找 str 第一次出现的位置，没有返回-1

boolean contains (CharSequence s) 

判断当前字符串是否包含参数指定的内容，参数 CharSequence 为一个接口，CharSequence 是 char 值的可读序列，参数可以为String、StringBuilder、StringBuffer等类型

boolean startWith (String prefix)

判断是否以指定字符串 prefix 开头

boolean startWith (String prefix, int toffset)

从指定位置开始判断是否以指定字符串 prefix 开头

boolean endWith (String prefix)

判断是否以指定字符串 prefix 结尾

案例：

String s = "aaabbbcccaaabbbccc";
System.out.println(s.charAt(3)); //'b'
System.out.println(s.indexOf('c')); //6
System.out.println(s.indexOf('c', 10)); //15
System.out.println(s.indexOf("bbb")); //3
System.out.println(s.indexOf("bbb", 10)); //12
System.out.println(s.lastIndexOf('c'));//17
System.out.println(s.lastIndexOf('c', 10)); //8
System.out.println(s.lastIndexOf("bbb"));//12
System.out.println(s.lastIndexOf("bbb",10));//5
System.out.println(s.contains("aa")); // true
System.out.println(s.startsWith("bb")); // false
System.out.println(s.startsWith("bb", 3)); // true
System.out.println(s.endsWith("cc")); // true

4.3 字符串替换

方法名称

作用
String replace (char oldChar, char newChar) 使用参数newChar替换此字符串中出现的所有参数oldChar
String replace (char oldChar, char newChar)用新字符串replacement替换所有的旧字符串target
String replaceAll (String regex, String replacement)替换所有指定内容
String replaceFirst (String regex, String replacement)替换首个内容

⭐ 注意事项: 由于字符串是不可变对象, 替换不修改当前字符串, 而是产生一个新的字符串！！

4.4 字符串拆分

可以将一个完整的字符串按照指定的分隔符划分为若干个子字符串

方法名称

作用
String[] split (String regex) 将字符串全部拆分
String[] split (String regex, int limit) 将字符串以指定的格式，拆分为 limit 组

 代码示例: 实现字符串的拆分处理

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

// 结果如下：
hello
world
island

代码示例: 字符串的部分拆分

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

// 结果如下：
hello
world island

注意：拆分是特别常用的操作. 一定要重点掌握. 另外有些特殊字符作为分割符可能无法正确切分, 需要加上转义.

  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
// ip 地址拆分
String str1 = "192.168.1.1" ;
String[] result1= str1.split("\\.") ;
for(String s: result1) {
    System.out.println(s);
}
// 多次拆分
String str2 = "name=island1314&age=18" ;
String[] result2 = str2.split("&") ;
for (int i = 0; i < result2.length; i++) {
    String[] temp = result2[i].split("=") ;
    System.out.println(temp[0]+" = "+temp[1]);
}

4.5 字符串截取

方法名称

作用
String[] substring (int beginIndex) 从指定索引截取到结尾
String[] substring (int beginIndex, int endIndex) 截取部分内容
String str = "helloworld" ;
System.out.println(str.substring(5));
System.out.println(str.substring(0, 5));

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

4.6 其他操作方法

方法名称

作用
String trim ()去掉字符串的左右空格，保留中间空格

String toUpperCase ()

字符串转大写

String toLowerCase ()

字符串转小写

native String intern ()

字符串入池操作

String concat (String str)

字符串连接，等同于 ”+“，不入池 

int length ()

获取字符串长度

boolean isEmpty ()

判断是否为空字符串，注：不是 null ，而是长度为 0
  • 这里我们就不做过多演示，大家可以自行实践

5 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的常量一旦声明不可改变，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。而StringBuffer和StringBuilder大部分功能是相同的，这里我们主要介绍 StringBuffer

🍊 StringBuffer类和String类一样，也用来代表字符串，只是由于StringBuffer的内部实现方式和String不同，StringBuffer在进行字符串处理时，不生成新的对象，所以在内存使用上，StringBuffer类要优于String类。

  • StringBuffer类中存在很多和String类一样的方法，这些方法在功能上是完全一样的。
  • StringBuffer类中也有一些独特的方法，用于帮助我们更方便的实现某些特定的功能。

5.1 StringBuffer类的对象的初始化

// 方法1：
StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer(); //初始化出的StringBuffer对象是一个空的对象

// 方法2：
StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer("Hello World!"); //创建带有内容的StringBuffer对象

5.2 append 方法

  • 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：
StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer("Hello");
stringBuffer.append("World!");
System.out.println(stringBuffer);

// 执行结果
HelloWorld!

5.3 reverse 方法

reverse()方法将把当前字符序列反转后返回，请看示例：

StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer("abc");
System.out.println(stringBuffer.reverse());

// 执行结果：
cba

5.4 StringBuffer对象和String对象互转

  • 注意：StringBuffer和String属于不同的类型，也不能直接进行强制类型转换，案例如下：
// 错误
StringBuffer s = "abc";  //赋值类型不匹配
StringBuffer s = (StringBuffer)"abc";  //不存在继承关系，无法进行强转

// 正确
String string1 = "Hello World!";
StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer(string1);  //String转换为StringBuffer
String string2 = stringBuffer.toString();  //StringBuffer转换为String

5.5 String, StringBuffer, StringBuilder区别

  • StringBuffer和String最大的区别在于：String的内容无法修改，而StringBuffer和StringBuilder的内容可以修改。频繁修改字符串的情况考虑使用StingBuffer
  • 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

6.小结 📖

以上我们就把String 类的相关知识讲完啦，我们了解了 String的基本性质以及常量池的概念，而且对于 String 字符串的操作方法，大家要多去熟悉，后面可以多多实践，在 StringBuffer和String 运用的时候，大家要记得两者的区别以及特定场景下的使用。

【*★,°*:.☆(￣▽￣)/$:*.°★* 】那么本篇到此就结束啦，如果我的这篇博客可以给你提供有益的参考和启示，可以三连支持一下 ！！


原文地址：https://blog.csdn.net/island1314/article/details/142729889

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