1.String
在Java中,String是一个引用类型,它本身也是一个class。但是,Java编译器对String有特殊处理,即可以直接用"…"来表示一个字符串:
String s1 = "Hello!";
实际上字符串在String内部是通过一个char[]数组表示的,因此,按下面的写法也是可以的:
String s2 = new String(new char[] {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', '!'});
因为String太常用了,所以Java提供了"…"这种字符串字面量表示方法。
Java字符串的一个重要特点就是字符串不可变。这种不可变性是通过内部的 private final char[] 字段,以及没有任何修改char[]的方法实现的。
我们来看一个例子:
// String
public class Main {public static void main(String[] args) {String s = "Hello";System.out.println(s);s = s.toUpperCase();System.out.println(s);}
}
Hello
HELLO
根据上面代码的输出,试解释字符串内容是否改变。
首先,代码定义了一个字符串变量 s 并赋值为 “Hello”。然后,使用 System.out.println(s) 打印输出该字符串。接着,调用 s.toUpperCase() 方法将字符串转换为大写形式,并将结果赋值回 s 变量。最后,再次使用 System.out.println(s) 打印输出该字符串,此时输出的结果是转换后的大写形式 “HELLO”。
2. 字符串比较
当我们想要比较两个字符串是否相同时,要特别注意,我们实际上是想比较字符串的内容是否相同。必须使用equals()方法而不能用==。
我们看下面的例子:
// String
public class Main {public static void main(String[] args) {String s1 = "hello";String s2 = "hello";System.out.println(s1 == s2);System.out.println(s1.equals(s2));}
}
从表面上看,两个字符串用==和equals()比较都为true,但实际上那只是Java编译器在编译期,会自动把所有相同的字符串当作一个对象放入常量池,自然s1和s2的引用就是相同的。
所以,这种比较返回 true 纯属巧合。换一种写法, 比较就会失败:
// String
public class Main {public static void main(String[] args) {String s1 = "hello";String s2 = "HELLO".toLowerCase();System.out.println(s1 == s2);System.out.println(s1.equals(s2));}
}
结论:两个字符串比较,必须总是使用equals()方法。
要忽略大小写比较,使用equalsIgnoreCase()方法。
String类还提供了多种方法来搜索子串、提取子串。常用的方法有:
// 是否包含子串:
“Hello”.contains(“ll”); // true
注意到contains()方法的参数是CharSequence而不是String,因为CharSequence是String实现的一个接口。
搜索子串的更多的例子:
"Hello".indexOf("l"); // 2
"Hello".lastIndexOf("l"); // 3
"Hello".startsWith("He"); // true
"Hello".endsWith("lo"); // true
提取子串的例子:
"Hello".substring(2); // "llo"
"Hello".substring(2, 4); "ll"
注意索引号是从0开始的。
去除首尾空白字符
使用trim()方法可以移除字符串首尾空白字符。空白字符包括空格,\t,\r,\n:
" \tHello\r\n ".trim(); // “Hello”
注意:trim()并没有改变字符串的内容,而是返回了一个新字符串。
另一个strip()方法也可以移除字符串首尾空白字符。它和trim()不同的是,类似中文的空格字符\u3000也会被移除:
"\u3000Hello\u3000".strip(); // "Hello"
" Hello ".stripLeading(); // "Hello "
" Hello ".stripTrailing(); // " Hello"
String还提供了isEmpty()和isBlank()来判断字符串是否为空和空白字符串:
"".isEmpty(); // true,因为字符串长度为0
" ".isEmpty(); // false,因为字符串长度不为0
" \n".isBlank(); // true,因为只包含空白字符
" Hello ".isBlank(); // false,因为包含非空白字符
3.替换子串
要在字符串中替换子串,有两种方法。一种是根据字符或字符串替换:
String s = "hello";
s.replace('l', 'w'); // "hewwo",所有字符'l'被替换为'w'
s.replace("ll", "~~"); // "he~~o",所有子串"ll"被替换为"~~"
另一种是通过正则表达式替换:
String s = "A,,B;C ,D";
s.replaceAll("[\\,\\;\\s]+", ","); // "A,B,C,D"
上面的代码通过正则表达式,把匹配的子串统一替换为","。关于正则表达式的用法我们会在后面详细讲解。
4.分割字符串
要分割字符串,使用split()方法,并且传入的也是正则表达式:
String s = "A,B,C,D";
String[] ss = s.split("\\,"); // {"A", "B", "C", "D"}
拼接字符串
拼接字符串使用静态方法join(),它用指定的字符串连接字符串数组:
String[] arr = {"A", "B", "C"};
String s = String.join("***", arr); // "A***B***C"
格式化字符串
字符串提供了formatted()方法和format()静态方法,可以传入其他参数,替换占位符,然后生成新的字符串:
// String
public class Main {public static void main(String[] args) {String s = "Hi %s, your score is %d!";System.out.println(s.formatted("Alice", 80));System.out.println(String.format("Hi %s, your score is %.2f!", "Bob", 59.5));}
}
有几个占位符,后面就传入几个参数。参数类型要和占位符一致。我们经常用这个方法来格式化信息。常用的占位符有:
- %s:显示字符串;
- %d:显示整数;
- %x:显示十六进制整数;
- %f:显示浮点数。
占位符还可以带格式,例如%.2f表示显示两位小数。如果你不确定用啥占位符,那就始终用%s,因为%s可以显示任何数据类型。要查看完整的格式化语法,请参考JDK文档。
5.类型转换
要把任意基本类型或引用类型转换为字符串,可以使用静态方法valueOf()。这是一个重载方法,编译器会根据参数自动选择合适的方法:
String.valueOf(123); // "123"
String.valueOf(45.67); // "45.67"
String.valueOf(true); // "true"
String.valueOf(new Object()); // 类似java.lang.Object@636be97c
要把字符串转换为其他类型,就需要根据情况。例如,把字符串转换为int类型:
int n1 = Integer.parseInt("123"); // 123
int n2 = Integer.parseInt("ff", 16); // 按十六进制转换,255
把字符串转换为boolean类型:
boolean b1 = Boolean.parseBoolean("true"); // true
boolean b2 = Boolean.parseBoolean("FALSE"); // false
要特别注意,Integer有个getInteger(String)方法,它不是将字符串转换为int,而是把该字符串对应的系统变量转换为Integer:
Integer.getInteger(“java.version”); // 版本号,11
转换为char[]
String和char[]类型可以互相转换,方法是:
char[] cs = "Hello".toCharArray(); // String -> char[]
String s = new String(cs); // char[] -> String
如果修改了char[]数组,String并不会改变:
// String <-> char[]
public class Main {public static void main(String[] args) {char[] cs = "Hello".toCharArray();String s = new String(cs);System.out.println(s);cs[0] = 'X';System.out.println(s);}
}
这是因为通过new String(char[])创建新的String实例时,它并不会直接引用传入的char[]数组,而是会复制一份,所以,修改外部的char[]数组不会影响String实例内部的char[]数组,因为这是两个不同的数组。
从String的不变性设计可以看出,如果传入的对象有可能改变,我们需要复制而不是直接引用。
例如,下面的代码设计了一个Score类保存一组学生的成绩:
// int[]
import java.util.Arrays;
public class Main {public static void main(String[] args) {int[] scores = new int[] { 88, 77, 51, 66 };Score s = new Score(scores);s.printScores();scores[2] = 99;s.printScores();}
}class Score {private int[] scores;public Score(int[] scores) {this.scores = scores;}public void printScores() {System.out.println(Arrays.toString(scores));}
}
观察两次输出,由于Score内部直接引用了外部传入的int[]数组,这会造成外部代码对int[]数组的修改,影响到Score类的字段。如果外部代码不可信,这就会造成安全隐患。
请修复Score的构造方法,使得外部代码对数组的修改不影响Score实例的int[]字段。
6.字符编码
在早期的计算机系统中,为了给字符编码,美国国家标准学会(American National Standard Institute:ANSI)制定了一套英文字母、数字和常用符号的编码,它占用一个字节,编码范围从0到127,最高位始终为0,称为ASCII编码。例如,字符’A’的编码是0x41,字符’1’的编码是0x31。
如果要把汉字也纳入计算机编码,很显然一个字节是不够的。GB2312标准使用两个字节表示一个汉字,其中第一个字节的最高位始终为1,以便和ASCII编码区分开。例如,汉字’中’的GB2312编码是0xd6d0。
类似的,日文有Shift_JIS编码,韩文有EUC-KR编码,这些编码因为标准不统一,同时使用,就会产生冲突。
为了统一全球所有语言的编码,全球统一码联盟发布了Unicode编码,它把世界上主要语言都纳入同一个编码,这样,中文、日文、韩文和其他语言就不会冲突。
Unicode编码需要两个或者更多字节表示,我们可以比较中英文字符在ASCII、GB2312和Unicode的编码:
英文字符’A’的ASCII编码和Unicode编码:
┌────┐
ASCII: │ 41 │
└───┘
┌────┬────┐
Unicode: │ 00 │ 41 │
└────┴────┘
英文字符的Unicode编码就是简单地在前面添加一个00字节。
中文字符’中’的GB2312编码和Unicode编码:
┌────┬────┐
GB2312: │ d6 │ d0 │
└───┴───┘
┌────┬────┐
Unicode: │ 4e │ 2d │
└── ─ ┴─ ──┘
那我们经常使用的UTF-8又是什么编码呢?因为英文字符的Unicode编码高字节总是00,包含大量英文的文本会浪费空间,所以,出现了UTF-8编码,它是一种变长编码,用来把固定长度的Unicode编码变成1~4字节的变长编码。通过UTF-8编码,英文字符’A’的UTF-8编码变为0x41,正好和ASCII码一致,而中文’中’的UTF-8编码为3字节0xe4b8ad。
UTF-8编码的另一个好处是容错能力强。如果传输过程中某些字符出错,不会影响后续字符,因为UTF-8编码依靠高字节位来确定一个字符究竟是几个字节,它经常用来作为传输编码。
在Java中,char类型实际上就是两个字节的Unicode编码。如果我们要手动把字符串转换成其他编码,可以这样做:
byte[] b1 = "Hello".getBytes(); // 按系统默认编码转换,不推荐
byte[] b2 = "Hello".getBytes("UTF-8"); // 按UTF-8编码转换
byte[] b2 = "Hello".getBytes("GBK"); // 按GBK编码转换
byte[] b3 = "Hello".getBytes(StandardCharsets.UTF_8); // 按UTF-8编码转换
注意:转换编码后,就不再是char类型,而是byte类型表示的数组。
如果要把已知编码的byte[]转换为String,可以这样做:
byte[] b = ...
String s1 = new String(b, "GBK"); // 按GBK转换
String s2 = new String(b, StandardCharsets.UTF_8); // 按UTF-8转换
始终牢记:Java的String和char在内存中总是以Unicode编码表示。
延伸阅读
对于不同版本的JDK,String类在内存中有不同的优化方式。具体来说,早期JDK版本的String总是以char[]存储,它的定义如下:
public final class String {private final char[] value;private final int offset;private final int count;
}
而较新的JDK版本的String则以byte[]存储:如果String仅包含ASCII字符,则每个byte存储一个字符,否则,每两个byte存储一个字符,这样做的目的是为了节省内存,因为大量的长度较短的String通常仅包含ASCII字符:
public final class String {private final byte[] value;private final byte coder; // 0 = LATIN1, 1 = UTF16
对于使用者来说,String内部的优化不影响任何已有代码,因为它的public方法签名是不变的。
小结
Java字符串String是不可变对象;
字符串操作不改变原字符串内容,而是返回新字符串;
常用的字符串操作:提取子串、查找、替换、大小写转换等;
Java使用Unicode编码表示String和char;
转换编码就是将String和byte[]转换,需要指定编码;
转换为byte[]时,始终优先考虑UTF-8编码。