《Java编程思想》读书笔记 —— 第13章 字符串

对String的处理是工作时经常需要做的事情。这一章主要讲述的是String类本身的特性以及对字符串的可以进行的操作。主要的内容是String类中的方法介绍、格式化输出字符串以及正则表达式。和 持有对象那一章很相似，这一章理论知识少，主要是要求读者掌握既有的方法，但是应用方法多且杂，所以初学不是很容易。

1. 不可变String

在初学Java的时候曾接触过不可变对象的概念，而String类的对象就是不可变对象的一个典型例子。不可变对象的特点是：对象引用指向的对象实例不可改变，如果试图改变，就会开辟一片新的空间，对象引用指向这个新的对象。

下面给出一个很典型的例子：

public static void change(String b)
{
	b = "def";
}
public static void main(String[] args) {
    String a = new String("abc");
    String b = a;
    System.out.println(b);	// 输出abc 
    a = "def";
    System.out.println(b);
    // 输出abc，因为String为不可变对象，所以a指向"def"后,初始的"abc"并不会消失 b依然指向"abc"
    a=new String("abc");
    change(a);
    System.out.println(a); // 输出abc
}

2. 重载“+”与StringBuilder

Java并不允许用户自己运算符重载，只有两个特殊的运算符“+”和“+=”被重载用于字符串的操作。

Java支持下面的String初始化操作：

String mango = "mango";
String s = "abc"  + mango + " def" + 47;

上面的 String对象mango和数字47都被自动转化为了字符串，并成为了s的一部分。通过反汇编这串代码我们可以看到JVM是怎么在底层实现这一句代码的。我们观察到，编译器首先创建了一个StringBuilder对象，并使用这个对象完成了append字符串的操作，最后将这个StringBuilder对象转化为一个String对象，并将其赋给s。这是编译器主动做出的优化，使字符串的加法更为高效。

如果需要频繁多次地使用字符串的append方法，最好创建一个StringBuilder对象来完成这一操作。使用StringBuilder含参构造器可以指定该对象初始空间的大小，如果可以预估到最终的字符串大概有多长，就可以一开始就设置合适的大小，避免多次重新分配缓冲。

**注意：如果使用append(a + “:” + c)**这种形式，编译器就会掉入陷阱，以为这样会额外地创建StringBuilder对象进行括号内的字符串操作。

除了StringBuilder，StringBuffer也可以实现比String更高效的字符串拼接操作，且StringBuffer线程更安全，所以它所需的花销也会略大（速度慢于StringBuilder）。

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3. 无意识地递归

试图使用this关键字打印出对象的地址会导致无意识的递归。

public class InfiniteRecursion {
    public String toString() {
    	return "infiniteRecursion address: " + this + "\n";
    }
}

toString()方法中，编译器试图将this转化为字符串，就会又调用本类的toString()方法，如此toString()不停反复调用自身，陷入了无限的递归，最终导致栈溢出异常。

打印本对象地址应该将this换成super.toString()。

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4. String上的操作

这一节只是列出了一张表格，介绍了一些String方法。下面是我认为值得记录的方法：

方法	参数	应用
charAt()	int索引	索引位置上的字符
toCharArray()		生成一个char[]，包含String的所有字符
compareTo()	另一个String	比较两个字符串的大小，返回负数，零，或者正数
startsWith() / endWith()	可能起始/后缀的String startsWith()参数可包括偏移量	返回boolean
indexOf() / lastIndexOf()	char / char + 起始索引 / String / String + 起始索引	不包含返回-1，否则返回找到的起始索引
replace()	要替换的字符 / CharSequence 用来替换的字符 / CharSequence	返回替换操作后的String
trim()		返回删除字符串两端空格后的String
valueOf() （静态方法）	字符数组 (+偏移量) / 多种类型数据	返回一个表示参数内容的String
intern()		将字符串放入常量池，返回池中的String

这种字典式的表格在这一章中出现了很多次，主要执行的还是记住常用的，记不住的查表这种策略。

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5. 格式化输出

5.1 System.out.format()方法

C语言中支持使用printf()函数进行输出，Java也支持使用**printf()**方法，且使用方法就我了解的来看，和C语言中的printf函数完全一致。但是这是一种较老的方法了，书中建议还是使用新一点的方法format()，其实使用方法还是没变，和C语言是基本相同的。

int x = 5;
double y = 5.332542;
System.out.format("x = %d\n", x);
System.out.format("y = %f\n", y);

值得注意的是，这里的**%d包括所有类型的整型数，%f**包括所有的浮点型数，甚至大数也可以使用这个输出。

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5.2 Formatter类

和前面提到的format方法其实异曲同工，Formatter对象类似于一个翻译器，使用Formatter对象的format方法可以输出指定格式的字符串。

Formatter构造器中的参数是输出字符串的目的地，最常用的是PrintStream（包括System.out），OutputStream和File。

Formatter f = new Formatter(System.out);
f.format("x = %d\n", x);

使用format实现输出数据的对齐也很容易,和C语言printf函数和实现方式是相同的，对于字符串的示例：

f.format("%-15.15s", str);	// 负号表示右对齐，第一个小数点前的数字表示最小宽度，小数点后的数字表示最大宽度

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Formatter转换

需要注意：

**%h：**散列码 **%e：浮点数（科学计数） **%b：布尔值 **%%：**表示字符‘%’

在format方法中

• 字符不可以转化成数字，整型数字可以转化成字符（ASCII码转化）
• 所有数据类型都可以转化成散列码和字符串
• 所有数据类型都可以转化成布尔值，除非原本就是布尔型，其他的一律转化成true

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String.format()

当只需要使用format方法一次的时候，使用String.format方法是比使用Formatter类更加方便的，这是一个静态方法，返回格式化后的String对象，使用方式和Formatter.format类似：

System.out.println(String.format("x = %d\n", x));

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6. 正则表达式

正则表达式的使用是这一章的重点所在，使用正则表达式，字符串的匹配操作达到了空前的灵活性。使用正则表达式主要依靠的是String类本身的一些方法，或者是Pattern和Matchcer这两个类配合使用。

6.1 基础

正则表达式的格式，根据书中所说，可以在Java文档的java.util.regex.Pattern部分找到。因为要列举出来都可以另写一篇博客了，而且全抄下来实际意义确实也不大，所以需要的时候动手查是更好的选择。

6.2 String类中的正则表达式工具

1. matches()方法

该方法返回一个布尔值，用来判定一个String是否和传入的正则表达式相匹配。

System.out.println("-1234".matches("-?\\d+"))	// true

2. split()方法

这个方法被用来将字符串按照正则表达式分割，返回一个字符串型的数组。

System.out.println(Arrays.toString(str.split("\\W+")));

3. replaceFirst()和replaceAll()方法

两个都是替换方法，且名称可以自解释其作用。第一个参数是正则表达式字符串，第二个参数是要替换的成的字符串。返回的结果是替换完成的String对象。

System.out.println(s.replaceAll("f\\w+", "located"));

如果正则表达式不是只使用一次的话，非String对象的正则表达式明显具备更佳的性能。

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6.3 Pattern和Matcher

使用的一般步骤是：

1. 使用**static Pattern.complie()**编译正则表达式，生成一个Pattern对象
2. 调用Pattern对象的matcher()方法（该方法参数为需处理字符串），生成一个Matcher对象
3. 使用Matcher对象的方法进行操作

6.4 基本使用

1. find() 类似于一个迭代器，返回一个Boolean值，并且准备指向下一个匹配子字符串，如果有整数参数，则从参数表示位置的开始向后搜索，否则默认从第0个位置开始搜索。

**ps：注意lookingAt()和matches()**方法也返回Boolean，lookingAt只有当正则表达式和字符串开头相匹配的时候为true，matches当正则表达式和整个字符串匹配时才返回true。

2.group() 正则表达式中，被一对括号括起来的一部分被称为一组，比如被第一对括号括起来的就是第一组，group()（无参）返回匹配整个正则表达式的字符串。

3. start()和end() 表示匹配正则表达式部分的起始位置和终止位置，依然是左闭右开的形式，比如对于"a123b"，使用"\\d+"去匹配，start()返回1，end()返回4。

下面给出一个典型应用：

for(String arg : args) {
    System.out.println("Regular expression: \"" + arg + "\"");
    Pattern p = Pattern.compile(arg);	// 创建Pattern对象编译正则表达式
    Matcher m = p.matcher(args[0]);	// 使用Pattern的matcher方法创建Matcher对象，并传入需要匹配操作的字符串
    while(m.find()) {
        System.out.println("Match \"" + m.group() + "\" at positions " + m.start() + "-" + (m.end()-1));
    }
}

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6.5 Pattern标记

Pattern.complie的一种重载版本为：Pattern.complile(String ragex, int flag)，这里的flag就是需要传入的Pattern标记，可以指定一些额外操作，也可以在方法中不指定，在正则表达式开头放入指定的标志达到相同效果：

• Pattern.Case_INSENSITIVE(?i) | Pattern.Case_UNICODE_CASE(?u) 这两个标记经常配合使用，这样可以实现基于Unicode的大小写不敏感的匹配。
• Pattern.COMMENTS(?x) 空格符会被忽略，以#开头直到行末的注释也会被忽略
• Pattern.DOTALL(?s) '.'可以匹配任何字符，包括行终结符
• Pattern.MULTILINE(?m) 多行模式，^和$分别匹配每行的开始和结束

还有Pattern.CANON_EQ和Pattern.UNIX_LINE(?d)，但是我现在还不太理解，还不知道应该在什么场合用。

下面的例子是在忽略大小写的前提下进行的正则表达式匹配工作：

import java.util.regex.*;

public class ReFlags {
    public static void main(String[] args) {
        Pattern p = Pattern.compile("^java", Pattern.CASE_INSENSITIVE | Pattern.MULTILINE);
        Matcher m = p.matcher(
            "java has regex\nJava has regex\n" +
            "JAVA has pretty good regular expressions\n" +
            "Regular expressions are in Java"
        );
        while(m.find())
            System.out.println(m.group());
    }
}

java
Java
JAVA

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6.6 split()

和String中的split()方法的使用方法类似，Pattern中的split()方法也返回分割后的的字符串数组。

这个split()有两种重载版本，第一中是只接受一个CharSequence，第二种是接受一个CharSequence和一个用来限制分割成字符串数量的整型数。

以下两句输出的结果是完全相同的：

System.out.println(Arrays.toString(Pattern.compile("!!").split(input, 3)));	// 使用Pattern对象的split()方法
System.out.println(Arrays.toString(input.split("!!", 3)));	// 使用String对象的split()方法

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6.7 替换操作

replaceFirst()和replaceAll() 这两个方法的使用不用多说，这里主要介绍**appendReplacement()**方法，这个方法有两种重载版本：

• appendReplacement(StringBuffer sb, String replacement)
• appendReplacement(StringBuilder sb, String replacement)

它能允许我们实现渐进式的字符串替换，一般要和**appendTail()**方法一起使用，下面给出例子：

StringBuffer sbuf = new StringBuffer();
Pattern p = Pattern.compile("[aeiou]");
Matcher m = p.matcher(s);
while(m.find()) {
    System.out.print("m.group: " + m.group());
    m.appendReplacement(sbuf, m.group().toUpperCase());
}
m.appendTail(sbuf);
System.out.println(sbuf);

每次循环，sbuf中的就会追加上一次替换完成的字符串，最后使用appendTail()加上未加到sbuf中的字符串末尾部分。

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6.8reset()

Matcher对象用来切换需要做匹配处理的字符串：

m.reset(anotherString);

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7. 扫描输入

目前读取一个文件或者是标准输入的内容，处理方式还是每次读入一行（readLine()方法），然后逐行进行分析以分离出我们想要的数据，这种逐行读数据再处理的方式是相当麻烦的。Java SE5中新增的Scanner类可以让我们按照类型读数据而不是傻傻地逐行读入。

Scanner有多种构造器重载版本，可以传入File、InputStream、String、Readable、Path。

// public static BufferedReader input = new BufferedReader(
//    new StringReader("Sir Robin of Camelot\n22 1.61803"));  // String将String转化为可读的流对象

import java.util.*;

public class BetterReader {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner stdin = new Scanner(SimpleRead.input);  // 一个BufferedReader作为构造器的参数
        System.out.println("What is your name");
        String name = stdin.nextLine();	// 读取一行
        System.out.println(name);
        System.out.println("How old are you? What is your favorite double?");
        System.out.println("(input:  )");
        int age = stdin.nextInt();	// 读取整型数
        double favorite = stdin.nextDouble();	// 读取浮点数
        System.out.println(age);
        System.out.println(favorite);
        System.out.format("Hi %s.\n", name);
        System.out.format("In 5 years you will be %d.\n", age+5);
        System.out.format("My favorite double is %f.", favorite/2);
    }
}

关于IO异常，文档中是这样写：

A scanner can read text from any object which implements the Readable interface. If an invocation of the underlying readable’s read() method throws an IOException then the scanner assumes that the end of the input has been reached. The most recent IOException thrown by the underlying readable can be retrieved via the ioException() method.

扫描程序可以从实现Readable接口的任何对象中读取文本。 如果对底层可读对象的read()方法的调用引发IOException，则扫描程序将假定已到达输入的结尾。 可以通过ioException()方法检索由底层可读内容引发的最新IOException。

即Scanner将IOException当做读取结束的标志，可以使用特定方法捕获最新的IOException。

7.1 指定定界符

Scanner默认使用空格作为分词标志，但是也可以使用**useDelimiter()**方法，利用正则表达式使用自定义的定界符。

import java.util.*;

public class ScannerDelimiter {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner("12, 42, 78, 99, 42");
        scanner.useDelimiter("\\s*,\\s*");	// 指定了定界符（分隔符）
        while(scanner.hasNextInt())
            System.out.println(scanner.nextInt());
    }
}

12
42
78
99
42

7.2 使用正则表达式扫描

Scanner使用正则表达式扫描的使用和迭代器的使用很像，主要使用的方法有：

• hasNext() 参数为一个正则表达式，判断有没有下一个和正则表达式匹配的部分
• next() 参数为正则表达式，如果已经hasNext()成功，那么就执行这一方法，使scanner指向匹配部分
• match() 返回一个MatchResult对象，使用这个对象的方法（group(), start()…）对匹配到的部分进行操作

**注意：**因为匹配时只会关注每个分词，所以正则表达式中不能包括定界符，否则不可能匹配成功。

import java.util.Scanner;
import java.util.regex.MatchResult;

public class ScannerTest {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner("11211211211211");
        scanner.useDelimiter("2");
        String pattern = "121";
        while(scanner.hasNext(pattern)) {
            scanner.next(pattern);
            MatchResult match = scanner.match();
            System.out.println(match.group());
        }
    }
}

上面的代码没有任何输出，因为我们设定了定界符为"2"，所以在匹配正则表达式时，scanner看到的相当于是"11 11 11 11 11"，没有与"121"相匹配的部分，当然也就没有任何输出。

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8. 关于StringTokenizer

在正则表达式和Scanner出现之前，StringTokenizer是分割字符串的唯一方法，这个方法不支持正则表达式，灵活性已经落后了。下面给出基本的使用方法：

        String s = "1, 2, 3, 4, 5";
        StringTokenizer stoke = new StringTokenizer(s, ", ");	// 默认空格为定界符，这里设置为", "
        while(stoke.hasMoreElements())
            System.out.println(stoke.nextElement());

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5