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String

1 创建字符串

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"..."的字面值来表示一个字符串,如:

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', '!'});

因此,常见创建字符串方法有:

  1. 每当有一个字面值出现的时候,虚拟机就会创建一个字符串
  2. 调用String的构造方法创建一个字符串对象(传入字面值或字符数组)
  3. 通过+加号进行字符串拼接也会创建新的字符串对象
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String garen ="盖伦"; //字面值,虚拟机碰到字面值就会创建一个字符串对象 
        String teemo = new String("提莫"); //创建了两个对象,分别位于堆内存和常量池      
        char[] cs = new char[]{'崔','斯','特'};
        String hero = new String(cs);//  通过字符数组创建一个字符串对象
        String hero3 = garen + teemo;//  通过+加号进行字符串拼接
    }
}

关于上面代码中,使用构造方法创建了几个对象的问题,可以参考这里:java中的String a = new String("a")创建的是几个对象? - 知乎

2 字符串的不可变性

不可改变的具体含义是指:

  • 不能增加长度
  • 不能减少长度
  • 不能插入字符
  • 不能删除字符
  • 不能修改字符

一旦创建好这个字符串,里面的内容 永远 不能改变,String 的表现就像是一个常量

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。(因为String类被修饰为final,所以是不能被继承的)

我们来看一个例子:

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String s = "hello";
        System.out.println(s); // 显示 hello
        s = "world";
        System.out.println(s); // 显示 world
    }
}

观察执行结果,难道字符串s变了吗?其实变的不是字符串,而是变量s的“指向”。

执行String s = "hello";时,JVM虚拟机先创建字符串"hello",然后,把字符串变量s指向它:

紧接着,执行s = "world";时,JVM虚拟机先创建字符串"world",然后,把字符串变量s指向它:

原来的字符串"hello"还在,只是我们无法通过变量s访问它而已。因此,字符串的不可变是指字符串内容不可变。至于变量,可以一会指向字符串"hello",一会指向字符串"world"

3 对字符串的常用操作

注意所有操作都是返回一个新的字符串对象:

  • 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;

3.1 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

数字转字符串

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 5;  
        //方法1
        String str = String.valueOf(i);
        //方法2
        Integer it = i;
        String str2 = it.toString();
        //方法3
        String str3 = "" + i;
    }
}

字符串转数字

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String str = "999";
        int i= Integer.parseInt(str);
        System.out.println(i);
    }
}

与char[]数组的转换

Stringchar[]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:

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。

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。

3.2 定位子串与提取字串

String类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CharSequenceString实现的一个接口。

搜索子串的更多的例子如下:

"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。

3.3 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()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

3.4 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"~~"
s.replaceFirst("l","o");//只替换第一个

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。

3.5 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"}

3.6 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"

3.7 大小写转换

主要使用toLowerCasetoUpperCase方法

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String sentence = "Garen";
        //全部变成小写
        System.out.println(sentence.toLowerCase());
        //全部变成大写
        System.out.println(sentence.toUpperCase());
    }
}

4 字符串的格式化输出

如果不使用字符串格式化,就需要进行字符串连接,如果变量比较多,拼接就会显得繁琐,使用字符串格式化,就可以简洁明了

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:

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

4.1 printf和format

除了使用前面的方法外,还可以直接使用System.out.printfSystem.out.format

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String name ="盖伦";
        int kill = 8;
        String title="超神";
        String sentenceFormat ="%s 在进行了连续 %d 次击杀后,获得了 %s 的称号%n";
        //使用printf格式化输出
        System.out.printf(sentenceFormat,name,kill,title);
        //使用format格式化输出
        System.out.format(sentenceFormat,name,kill,title);
         
    }
}

4.2 常用的格式化方法

一般包括:总长度,左对齐,补0,千位分隔符,小数点位数,本地化表达

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int year = 2020;
        //总长度,左对齐,补0,千位分隔符,小数点位数,本地化表达
        //直接打印数字
        System.out.format("%d%n",year);
        //总长度是8,默认右对齐
        System.out.format("%8d%n",year);
        //总长度是8,左对齐
        System.out.format("%-8d%n",year);
        //总长度是8,不够补0
        System.out.format("%08d%n",year);
        //千位分隔符
        System.out.format("%,8d%n",year*10000);
        //小数点位数
        System.out.format("%.2f%n",Math.PI);
        //不同国家的千位分隔符
        System.out.format(Locale.FRANCE,"%,.2f%n",Math.PI*10000);
        System.out.format(Locale.US,"%,.2f%n",Math.PI*10000);
        System.out.format(Locale.UK,"%,.2f%n",Math.PI*10000);
          
    }

4.3 换行符——%n

换行符就是另起一行 --- '\n' 换行(newline)

回车符就是回到一行的开头 --- '\r' 回车(return)

Java是跨平台的编程语言,同样的代码,可以在不同的平台使用,比如Windows,Linux,Mac然而在不同的操作系统,换行符是不一样的

  • 在DOS和Windows中,每行结尾是 “\r\n”;
  • Linux系统里,每行结尾只有 “\n”;
  • Mac系统里,每行结尾是只有 "\r"。

为了使得同一个java程序的换行符在所有的操作系统中都有一样的表现,使用%n,就可以做到平台无关的换行。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.printf("这是换行符%n");
        System.out.printf("这是换行符%n");
    }
}

5 字符串的比较

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==

5.1 是否同一个对象

str1和str2的内容一定是一样的!但是,并不是同一个字符串对象,原理参考前文创建字符串的内容。

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "hello";
        String str2 = new String(str1);
        //==用于判断是否是同一个字符串对象
        System.out.println( str1  ==  str2);    
    }
}

5.2 字符串常量池

字符串常量池用于存储编译期间存在的所有字符串实例的引用,以及运行时动态添加的引用。字符串常量池是全局的,只有一个。当我们以 String str = "123"的字面量形式创建字符串实例时,首先会去判断字符串常量池中是否有引用指向相同内容的实例,如果有则返回该实例。否则在堆中创建 String 对象并将引用驻留在字符串常量池中。

简单来说可以这样认为,只要是双引号引起来的字符串字面量,都会存放在常量池中。

5.3 常量池的作用

下面看一个巧合的情况:

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==equals()比较都为true,但实际上那只是Java编译器在编译期,会自动把所有字面量相同的字符串当作一个对象放入常量池,自然s1s2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:

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));
    }
}

因为toLowerCase()方法返回了一个新的String对象,s2指向String对象,String对象再指向字面量"hello"。关于这里更详细的例子,可以参见:Java字符串常量池详解-CSDN博客

5.4 忽略大小写进行比较

使用equals进行字符串内容的比较,必须大小写一致。而equalsIgnoreCase,忽略大小写判断内容是否一致

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "hello";
        String str2 = new String(str1);
        String str3 = str1.toUpperCase();
        //==用于判断是否是同一个字符串对象
        System.out.println( str1  ==  str2);
        System.out.println(str1.equals(str2));//完全一样返回true
        System.out.println(str1.equals(str3));//大小写不一样,返回false
        System.out.println(str1.equalsIgnoreCase(str3));//忽略大小写的比较,返回true
    }
}

5.5 是否以子字符串开始或者结束

  • startsWith //以...开始

  • endsWith //以...结束

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "hello world";
        String start = "hello";
        String end = "world";
        System.out.println(str1.startsWith(start));//以...开始
        System.out.println(str1.endsWith(end));//以...结束  
    }
  
}

6 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0127,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'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ASCIIGB2312Unicode的编码:

英文字符'A'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'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'UTF-8编码变为0x41,正好和ASCII码一致,而中文'中'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。转换编码就是将Stringbyte[]转换,需要指定编码

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Stringchar在内存中总是以Unicode编码表示。