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Java 中的 String 类型详解

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Java 中的 String 类型详解

String 是 Java 编程语言中最常用的类之一，用于表示字符串（即字符序列）。尽管它看起来像是基本数据类型，但 String 实际上是一个引用类型，并且是不可变的对象。这意味着一旦创建了一个 String 对象，它的值就不能再改变。

1. 什么是 String

String 类用于表示字符串，即一系列字符的序列。它在 java.lang 包中定义，因此可以直接使用 String 类，而无需导入任何包。

示例：

String greeting = "Hello, World!";

在这个示例中，greeting 是一个 String 类型的变量，它存储了 "Hello, World!" 这个字符串。

2. String 对象的创建方式

2.1 字面量方式

使用字面量（即双引号）可以直接创建字符串对象。这种方式会在 Java 的字符串常量池中查找是否存在相同内容的字符串，如果存在，则直接返回其引用；如果不存在，则会在常量池中创建一个新的字符串。

示例：

String str1 = "Hello";
String str2 = "Hello";

在上述代码中，str1 和 str2 实际上引用的是常量池中的同一个字符串对象。

2.2 使用 new 关键字

使用 new 关键字可以显式地创建一个新的 String 对象。即使字符串内容相同，new 关键字也会在堆内存中创建一个新的对象，而不是在字符串常量池中查找。

示例：

String str3 = new String("Hello");
String str4 = new String("Hello");

在这里，str3 和 str4 是两个不同的对象，它们在堆内存中分别占有空间，虽然它们的内容相同。

2.3 字符数组转换为字符串

你可以通过字符数组来创建 String 对象，这在处理字符流或需要动态构建字符串时非常有用。

示例：

char[] chars = {'J', 'a', 'v', 'a'};
String str5 = new String(chars);

str5 的内容将是 "Java"。

3. String 的不可变性

String 对象一旦被创建，它的内容就不能再被修改。这就是所谓的不可变性。当你对字符串进行任何修改操作时（如拼接、替换等），实际上会创建一个新的 String 对象，而原始对象保持不变。

3.1 为什么 String 是不可变的

  • 线程安全：不可变对象在多线程环境中是安全的，不需要额外的同步机制。
  • 字符串常量池的优化：由于字符串的不可变性，相同内容的字符串可以被多个引用共享，节省内存。
  • 哈希值缓存：String 的不可变性允许其哈希值在首次计算后被缓存，这在哈希表等数据结构中极大地提高了性能。

3.2 不可变性的示例

String original = "Java";
String modified = original.concat(" Programming");
System.out.println(original); // 输出: Java
System.out.println(modified); // 输出: Java Programming

在这个示例中，original 字符串保持不变，而 modified 是一个新的字符串对象。

4. String 常用方法详解

String 类提供了丰富的方法来处理字符串。以下是一些常用的方法及其详细用法。

4.1 length()

返回字符串的长度（字符的数量）。

String text = "Hello";
int length = text.length(); // length 为 5

4.2 charAt(int index)

返回字符串中指定索引处的字符。索引从 0 开始，最后一个字符的索引为 length() - 1。

char letter = text.charAt(1); // letter 为 'e'

4.3 substring(int beginIndex, int endIndex)

返回从 beginIndex 开始到 endIndex 结束的子字符串，包含 beginIndex 处的字符，不包含 endIndex 处的字符。

String sub = text.substring(1, 4); // sub 为 "ell"

4.4 toUpperCase() 和 toLowerCase()

将字符串转换为全大写或全小写字母。

String upper = text.toUpperCase(); // upper 为 "HELLO"
String lower = text.toLowerCase(); // lower 为 "hello"

4.5 indexOf(String str)

返回指定子字符串在当前字符串中第一次出现的位置，如果未找到则返回 -1。

int index = text.indexOf("lo"); // index 为 3

4.6 lastIndexOf(String str)

返回指定子字符串在当前字符串中最后一次出现的位置。

int lastIndex = text.lastIndexOf("l"); // lastIndex 为 3

4.7 replace(CharSequence target, CharSequence replacement)

替换字符串中的所有出现的目标字符序列为指定的替换字符序列。

String replaced = text.replace("l", "p"); // replaced 为 "Heppo"

4.8 split(String regex)

根据正则表达式拆分字符串，返回一个字符串数组。

String[] words = text.split(" "); // 根据空格分割

4.9 trim()

去除字符串首尾的空白字符。

String spaced = "  Hello  ";
String trimmed = spaced.trim(); // trimmed 为 "Hello"

4.10 contains(CharSequence s)

判断当前字符串是否包含指定的字符序列。

boolean hasHello = text.contains("Hel"); // hasHello 为 true

4.11 startsWith(String prefix) 和 endsWith(String suffix)

分别判断字符串是否以指定前缀开始或以指定后缀结束。

boolean starts = text.startsWith("He"); // starts 为 true
boolean ends = text.endsWith("lo");     // ends 为 true

5. String 和字符数组的互相转换

5.1 将 String 转换为字符数组

你可以使用 toCharArray() 方法将 String 转换为字符数组。这在需要对字符串进行字符级别操作时非常有用。

char[] charArray = text.toCharArray(); // 返回 ['H', 'e', 'l', 'l', 'o']

5.2 将字符数组转换为 String

你可以通过 new String(charArray) 构造函数将字符数组转换为 String 对象。

char[] letters = {'J', 'a', 'v', 'a'};
String word = new String(letters); // word 为 "Java"

6. String 的比较

在 Java 中，有两种常见的字符串比较方式：== 运算符和 equals() 方法。

6.1 使用 == 运算符

== 运算符比较的是两个字符串引用是否指向同一个对象。因此，它更适用于判断两个引用是否指向字符串池中的同一个对象。

String str1 = "Java";
String str2 = "Java";
boolean isEqualReference = (str1 == str2); // true

6.2 使用 equals() 方法

equals() 方法比较的是两个字符串的内容是否相同。它应该是判断字符串相等的首选方式。

String str3 = new String("Java");
String str4 = new String("Java");
boolean isEqualContent = str3.equals(str4); // true

6.3 equalsIgnoreCase(String anotherString)

此方法用于在忽略大小写的情况下比较两个字符串内容是否相等。

boolean isEqualIgnoreCase = "java".equalsIgnoreCase("Java"); // true

7. String 的拼接与性能

在 Java 中，字符串拼接常见的方式有使用 + 运算符、concat() 方法，以及使用 StringBuilder 或 StringBuffer。其中，+ 和 concat() 方法都用于简单拼接，但由于 String 的不可变性，每次拼接都会创建新的 String 对象，可能会造成性能损失。

7.1 使用 + 运算符

String hello = "Hello";
String world = "World";
String greeting = hello + ", " + world + "!";

7.2 使用 concat() 方法

String greeting = hello.concat(", ").concat(world).concat("!");

7.3 使用 StringBuilder 和 StringBuffer

StringBuilder 和 StringBuffer 是可变的字符序列，提供了更高效的字符串拼接方式。其中，`StringBuffer

是线程安全的，而StringBuilder` 不是。

StringBuilder builder = new StringBuilder();
builder.append("Hello").append(", ").append("World").append("!");
String result = builder.toString();

在大量字符串拼接的场景中，使用 StringBuilder 会显著提高性能。

8. 总结

String 是 Java 中一个非常重要且常用的类。理解它的不可变性、常量池机制、以及常用操作方法，对编写高效、可靠的 Java 代码至关重要。在处理字符串时，选择合适的方法和数据结构，不仅可以提高代码的可读性，还能显著提升程序的性能。

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