String.Format()底层实现原理

前言

java对于字符串拼接一般都喜欢用String.format("xx",arg)，如下

那么这个简单实用的小功能底层是作何实现呢？

源码

1. 从String.java源码入手，看到内部调用到的其实是
   

   return new Formatter().format(format, args).toString();

2. 跟进Formatter.java
   

   在java.util.Formatter#format(java.util.Locale, java.lang.String, java.lang.Object...)第2493行方法如下：

   public Formatter format(Locale l, String format, Object ... args) {
          ensureOpen();
   
          // index of last argument referenced
          int last = -1;
          // last ordinary index
          int lasto = -1;
   
          FormatString[] fsa = parse(format);
          for (int i = 0; i < fsa.length; i++) {
              FormatString fs = fsa[i];
              int index = fs.index();
              try {
                  switch (index) {
                  case -2: // fixed string, "%n", or "%%"
                      fs.print(null, l);
                      break;
                  case -1: // relative index
                      if (last < 0 || (args != null && last > args.length - 1))
                          throw new MissingFormatArgumentException(fs.toString());
                      fs.print((args == null ? null : args[last]), l);
                      break;
                  case 0: // ordinary index
                      lasto++;
                      last = lasto;
                      if (args != null && lasto > args.length - 1)
                          throw new MissingFormatArgumentException(fs.toString());
                      fs.print((args == null ? null : args[lasto]), l);
                      break;
                  default: // explicit index
                      last = index - 1;
                      if (args != null && last > args.length - 1)
                          throw new MissingFormatArgumentException(fs.toString());
                      fs.print((args == null ? null : args[last]), l);
                      break;
                  }
              } catch (IOException x) {
                  lastException = x;
              }
          }
          return this;
      }

   其中第九行的FormatString[] fsa = parse(format);将字符串按照制定规则拆分成多个，如上诉例子，将返回

   1. 我的名字：
   2. %s
   3. ,年龄：
   4. %s
3. 查看字符串内部拆分逻辑在java.util.Formatter#parse跟进代码如下：
   

   private FormatString[] parse(String s) {
          ArrayList<FormatString> al = new ArrayList<>();
          Matcher m = fsPattern.matcher(s);
          for (int i = 0, len = s.length(); i < len; ) {
              if (m.find(i)) {
                  // Anything between the start of the string and the beginning
                  // of the format specifier is either fixed text or contains
                  // an invalid format string.
                  if (m.start() != i) {
                      // Make sure we didn't miss any invalid format specifiers
                      checkText(s, i, m.start());
                      // Assume previous characters were fixed text
                      al.add(new FixedString(s.substring(i, m.start())));
                  }
   
                  al.add(new FormatSpecifier(m));
                  i = m.end();
              } else {
                  // No more valid format specifiers. Check for possible invalid
                  // format specifiers.
                  checkText(s, i, len);
                  // The rest of the string is fixed text
                  al.add(new FixedString(s.substring(i)));
                  break;
              }
          }
          return al.toArray(new FormatString[al.size()]);
      }

   通过第三行，显然是通过正则表达式拆分的，java.util.Formatter#parse的2537行看到正则表达式为：

   "%(\\d+\\$)?([-#+ 0,(\\<]*)?(\\d+)?(\\.\\d+)?([tT])?([a-zA-Z%])";

   具体逻辑如下

   1. 新建一个“指针” i，指向字符串的首个字符，如我的名字：%s,年龄：%d","张三，初始状态i为0，指向字符'我'
   2. 从第i个位置开始，匹配正则表达式
   3. 匹配成功
      
      1. 把第i至m.start()之间的字符添加进来（这段是没有被正则匹配成功的），比如我的名字：
      2. 把匹配成功的字符串添加进来，并把指针下标i改为匹配成功的最后一个元素下标，即m.end();比如%s
   4. 匹配失败
      

      把下标为i以后的所有字串都添加进来

   5. 循环跳转到第2步，直到指针i到字符串末尾
   6. 完成字符串拆分
4. 字符串拆分已经完成，将进行变量填充，具体代码如下：
   

   for (int i = 0; i < fsa.length; i++) {
              FormatString fs = fsa[i];
              int index = fs.index();
              try {
                  switch (index) {
                  case -2: // fixed string, "%n", or "%%"
                      fs.print(null, l);
                      break;
                  case -1: // relative index
                      if (last < 0 || (args != null && last > args.length - 1))
                          throw new MissingFormatArgumentException(fs.toString());
                      fs.print((args == null ? null : args[last]), l);
                      break;
                  case 0: // ordinary index
                      lasto++;
                      last = lasto;
                      if (args != null && lasto > args.length - 1)
                          throw new MissingFormatArgumentException(fs.toString());
                      fs.print((args == null ? null : args[lasto]), l);
                      break;
                  default: // explicit index
                      last = index - 1;
                      if (args != null && last > args.length - 1)
                          throw new MissingFormatArgumentException(fs.toString());
                      fs.print((args == null ? null : args[last]), l);
                      break;
                  }
              } catch (IOException x) {
                  lastException = x;
              }
          }

   1. 关于FormatString接口的实现类，根据之前代码得知， 普通字符串是java.util.Formatter.FixedString类型，而待替换的变量占位符是java.util.Formatter.FormatSpecifier类型。
   2. 接口的java.util.Formatter.FormatString#index方法，对应了上诉switch代码的不同分支，即不同的处理策略。
   3. 普通字符串index是 -2，字符串不作处理，直接添加进去
   4. 占位符字符串时fs.print((args == null ? null : args[last]), l);即把对应位置的参数填充进来。