[Из песочницы] Обработка строк в Java. Часть I: String, StringBuffer, StringBuilder

Вступление

Что вы знаете о обработке строк в Java? Как много этих знаний и насколько они углублены и актуальны? Давайте попробуем вместе со мной разобрать все вопросы, связанные с этой важной, фундаментальной и часто используемой частью языка. Наш маленький гайд будет разбит на пять публикаций, а именно:

1. String, StringBuffer, StringBuilder (реализация строк)
2. Pattern, Matcher (регулярные выражения)
3. i18n (интернационализация)
4. Кодировка символов (Unicode, UTF-8)
5. Locale, ResourceBundle (локализация)

Реализация строк на Java представлена тремя основными классами: String, StringBuffer, StringBuilder. Давайте поговорим о них.

String

Строка — объект, что представляет последовательность символов. Для создания и манипулирования строками Java платформа предоставляет общедоступный финальный (не может иметь подклассов) класс java.lang.String. Данный класс является неизменяемым (immutable) — созданный объект класса String не может быть изменен. Можно подумать что методы имеют право изменять этот объект, но это неверно. Методы могут только создавать и возвращать новые строки, в которых хранится результат операции. Неизменяемость строк предоставляет ряд возможностей:

• использование строк в многопоточных средах (String является потокобезопасным (thread-safe) )
• использование String Pool (это коллекция ссылок на String объекты, используется для оптимизации памяти)
• использование строк в качестве ключей в HashMap (ключ рекомендуется делать неизменяемым)

Создание

Мы можем создать объект класса String несколькими способами:

1. Используя строковые литералы:

String habr = "habrahabr";

Строковый литерал — последовательность символов заключенных в двойные кавычки. Важно понимать, что всегда когда вы используете строковой литерал компилятор создает объект со значением этого литерала:

System.out.print("habrahabr"); // создали объект и вывели его значение

2. С помощью конструкторов:

String habr = "habrahabr";
char[] habrAsArrayOfChars = {'h', 'a', 'b', 'r', 'a', 'h', 'a', 'b', 'r'};
byte[] habrAsArrayOfBytes = {104, 97, 98, 114, 97, 104, 97, 98, 114};
 
String first = new String();
String second = new String(habr);

Если копия строки не требуется явно, использование этих конструкторов нежелательно и в них нет необходимости, так как строки являются неизменными. Постоянное строительство новых объектов таким способом может привести к снижению производительности. Их лучше заменить на аналогичные инициализации с помощью строковых литералов.

String third = new String(habrAsArrayOfChars); // "habrahabr"
String fourth = new String(habrAsArrayOfChars, 0, 4); // "habr"

Конструкторы могут формировать объект строки с помощью массива символов. Происходит копирование массива, для этого используются статические методы copyOf и copyOfRange (копирование всего массива и его части (если указаны 2-й и 3-й параметр конструктора) соответственно) класса Arrays, которые в свою очередь используют платформо-зависимую реализацию System.arraycopy.

String fifth = new String(habrAsArrayOfBytes, Charset.forName("UTF-16BE")); // кодировка нам явно не подходит "桡扲慨慢�"

Можно также создать объект строки с помощью массива байтов. Дополнительно можно передать параметр класса Charset, что будет отвечать за кодировку. Происходит декодирование массива с помощью указанной кодировки (если не указано — используется Charset.defaultCharset(), где по-умолчанию указана UTF-8) и, далее, полученный массив символов копируется в значение объекта.

String sixth = new String(new StringBuffer(habr));
String seventh = new String(new StringBuilder(habr));

Ну и наконец-то конструкторы использующие объекты StringBuffer и StringBuilder, их значения (getValue()) и длину (length()) для создания объекта строки. С этими классами мы познакомимся чуть позже.

Приведены примеры наиболее часто используемых конструкторов класса String, на самом деле их пятнадцать (два из которых помечены как deprecated).

Длина

Важной частью каждой строки есть ее длина. Узнать ее можно обратившись к объекту String с помощью метода доступа (accessor method) length(), который возвращает количество символов в строке, например:

public static void main(String[] args) {
    String habr = "habrahabr";
    // получить длину строки
    int length = habr.length();
    // теперь можно узнать есть ли символ символ 'h' в "habrahabr"
    char searchChar = 'h';
    boolean isFound = false;
    for (int i = 0; i < length; ++i) {
        if (habr.charAt(i) == searchChar) {
            isFound = true;
            break; // первое вхождение
        }
    }
    System.out.println(message(isFound)); // Your char had been found!
    // ой, забыл, есть же метод indexOf
    System.out.println(message(habr.indexOf(searchChar) != -1)); // Your char had been found!
}

private static String message(boolean b) {
    return "Your char had" + (b ? " " : "n't ") + "been found!";
}

Конкатенация

Конкатенация — операция объединения строк, что возвращает новую строку, что есть результатом объединения второй строки с окончанием первой. Операция для объекта String может быть выполнена двумя способами:

1. Метод concat

String javaHub = "habrhabr".concat(".ru").concat("/hub").concat("/java");
System.out.println(javaHub); // получим "habrhabr.ru/hub/java"
// перепишем наш метод используя concat
private static String message(boolean b) {
    return "Your char had".concat(b ? " " : "n't ").concat("been found!");
}

Важно понимать, что метод concat не изменяет строку, а лишь создает новую как результат слияния текущей и переданной в качестве параметра. Да, метод возвращает новый объект String, поэтому возможны такие длинные «цепочки».

2. Перегруженные операторы "+" и "+="

String habr = "habra" + "habr"; // "habrahabr"
habr += ".ru"; // "habrahabr.ru"

Это одни с немногих перегруженных операторов в Java — язык не позволяет перегружать операции для объектов пользовательских классов. Оператор "+" не использует метод concat, тут используется следующий механизм:

// все просто и красиво
String habr = "habra" + "habr";
// а на самом деле
String habr = new StringBuilder(String.valueOf("habra")).append("habr").toString(); // может быть использован StringBuffer

Используйте метод concat, если слияние нужно провести только один раз, для остальных случаев рекомендовано использовать или оператор "+" или StringBuffer / StringBuilder. Также стоит отметить, что получить NPE (NullPointerException), если один с операндов равен null, невозможно с помощью оператора "+" или "+=", чего не скажешь о методе concat, например:

String string = null;
string += " habrahabr"; // null преобразуется в "null", в результате "null habrahabr"
string = null;
string.concat("s"); // логично что NullPointerException

Форматирование

Класс String предоставляет возможность создания форматированных строк. За это отвечает статический метод format, например:

String formatString = "We are printing double variable (%f), string ('%s') and integer variable (%d).";
System.out.println(String.format(formatString, 2.3, "habr", 10));
// We are printing double variable (2.300000), string ('habr') and integer variable (10).

Методы

Благодаря множеству методов предоставляется возможность манипулирования строкой и ее символами. Описывать их здесь нет смысла, потому что Oracle имеет хорошие статьи о манипулировании и сравнении строк. Также у вас под рукой всегда есть их документация. Хотелось отметить новый статический метод join, который появился в Java 8. Теперь мы можем удобно объединять несколько строк в одну используя разделитель (был добавлен класс java.lang.StringJoiner, что за него отвечает), например:

String hello = "Hello";
String habr = "habrahabr";
String delimiter = ", ";

System.out.println(String.join(delimiter, hello, habr));
// или так
System.out.println(String.join(delimiter, new ArrayList<CharSequence>(Arrays.asList(hello, habr))));
// в обоих случаях "Hello, habrahabr"

Это не единственное изменение класса в Java 8. Oracle сообщает о улучшении производительности в конструкторе String(byte[], *) и методе getBytes().

Преобразование

1. Число в строку

int integerVariable = 10;
String first = integerVariable + ""; // конкатенация с пустой строкой
String second = String.valueOf(integerVariable); // вызов статического метода valueOf класса String
String third = Integer.toString(integerVariable); // вызов метода toString класса-обертки

2. Строку в число

String string = "10";
int first = Integer.parseInt(string); 
/* 
   получаем примитивный тип (primitive type) 
   используя метод parseXхх нужного класса-обертки,
   где Xxx - имя примитива с заглавной буквы (например parseInt) 
*/
int second = Integer.valueOf(string); // получаем объект wrapper класса и автоматически распаковываем

StringBuffer

Строки являются неизменными, поэтому частая их модификация приводит к созданию новых объектов, что в свою очередь расходует драгоценную память. Для решения этой проблемы был создан класс java.lang.StringBuffer, который позволяет более эффективно работать над модификацией строки. Класс является mutable, то есть изменяемым — используйте его, если Вы хотите изменять содержимое строки. StringBuffer может быть использован в многопоточных средах, так как все необходимые методы являются синхронизированными.

Создание

Существует четыре способа создания объекта класса StringBuffer. Каждый объект имеет свою вместимость (capacity), что отвечает за длину внутреннего буфера. Если длина строки, что хранится в внутреннем буфере, не превышает размер этого буфера (capacity), то нет необходимости выделять новый массив буфера. Если же буфер переполняется — он автоматически становиться больше.

StringBuffer firstBuffer = new StringBuffer(); // capacity = 16
StringBuffer secondBuffer = new StringBuffer("habrahabr"); // capacity = str.length() + 16
StringBuffer thirdBuffer = new StringBuffer(secondBuffer); // параметр - любой класс, что реализует CharSequence
StringBuffer fourthBuffer = new StringBuffer(50); // передаем capacity

Модификация

В большинстве случаев мы используем StringBuffer для многократного выполнения операций добавления (append), вставки (insert) и удаления (delete) подстрок. Тут все очень просто, например:

String domain = ".ru";
// создадим буфер с помощью String объекта
StringBuffer buffer = new StringBuffer("habrahabr"); // "habrahabr"
// вставим домен в конец
buffer.append(domain); // "habrahabr.ru"
// удалим домен
buffer.delete(buffer.length() - domain.length(), buffer.length()); // "habrahabr"
// вставим домен в конец на этот раз используя insert
buffer.insert(buffer.length(), domain); // "habrahabr.ru"

Все остальные методы для работы с StringBuffer можно посмотреть в документации.

StringBuilder

StringBuilder — класс, что представляет изменяемую последовательность символов. Класс был введен в Java 5 и имеет полностью идентичный API с StringBuffer. Единственное отличие — StringBuilder не синхронизирован. Это означает, что его использование в многопоточных средах есть нежелательным. Следовательно, если вы работаете с многопоточностью, Вам идеально подходит StringBuffer, иначе используйте StringBuilder, который работает намного быстрее в большинстве реализаций. Напишем небольшой тест для сравнения скорости работы этих двух классов:

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        try {
            test(new StringBuffer("")); // StringBuffer: 35117ms.
            test(new StringBuilder("")); // StringBuilder: 3358ms.
        } catch (java.io.IOException e) {
            System.err.println(e.getMessage());
        }
    }
    private static void test(Appendable obj) throws java.io.IOException {
        // узнаем текущее время до теста 
        long before = System.currentTimeMillis();
        for (int i = 0; i++ < 1e9; ) {
            obj.append("");
        }
        // узнаем текущее время после теста 
        long after = System.currentTimeMillis();
        // выводим результат
        System.out.println(obj.getClass().getSimpleName() + ": " + (after - before) + "ms.");
    }
}

Спасибо за внимание. Надеюсь статья поможет узнать что-то новое и натолкнет на удаление всех пробелов в этих вопросах. Все дополнения, уточнения и критика приветствуются.

This entry passed through the Full-Text RSS service - if this is your content and you're reading it on someone else's site, please read the FAQ at http://ift.tt/jcXqJW.