Java 数据结构 - 字符串（String）

Java 中的字符串（String）数据结构

1. 字符串的定义

字符串是由字符组成的有限序列。在 Java 中，字符串是一个对象，它的类是 String。 Java 的 String 类在 java.lang 包中，所以使用时不需要特别导入。

2. Java 中的 String 类特性

1. 不可变性：String 对象一旦创建，其值就不能被改变。
2. 线程安全：因为不可变，所以 String 对象是线程安全的。
3. 字符串常量池：Java 了提高性能和减少内存开销，维护了一个特殊的内存区域。

3. 创建字符串

在 Java 中，可以通过多种方式创建字符串：

// 字面量方式
String str1 = "Hello";

// 使用 new 关键字
String str2 = new String("World");

// 使用字符数组
char[] charArray = {'J', 'a', 'v', 'a'};
String str3 = new String(charArray);

4. 字符串的基本操作

4.1 字符串连接

String str1 = "Hello";
String str2 = "World";
String result = str1 + " " + str2; // "Hello World"

4.2 获取字符串长度

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

4.3 获取特定位置的字符

String str = "Hello";
char ch = str.charAt(1); // 'e'

4.4 子字符串

String str = "Hello World";
String sub = str.substring(6); // "World"
String sub2 = str.substring(0, 5); // "Hello"

4.5 字符串比较

String str1 = "Hello";
String str2 = "hello";
boolean isEqual = str1.equals(str2); // false
boolean isEqualIgnoreCase = str1.equalsIgnoreCase(str2); // true

5. 字符串的不可变性

Java 中的 String 对象是不可变的。这意味着一旦 String 对象被创建，它的内容就不能被改变。

String str = "Hello";
str = str + " World"; // 创建了一个新的String对象

在这个例子中，str + " World" 创建了一个新的String对象，而原来的 "Hello" 对象仍然存在于内存中。

6. StringBuilder 和 StringBuffer

由于 String 的不可变性可能导致性能问题，Java 提供了 StringBuilder 和 StringBuffer 类来处理可变字符串。

StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");
sb.append(" World"); // sb现在包含 "Hello World"

StringBuffer sbf = new StringBuffer("Hello");
sbf.append(" World"); // sbf现在包含 "Hello World"

StringBuilder 是非线程安全的，而 StringBuffer 是线程安全的。

7. 常用的 String 方法

1. trim(): 去除字符串两端的空白
2. toLowerCase() 和 toUpperCase(): 转换大小写
3. replace(char oldChar, char newChar): 替换字符
4. split(String regex): 分割字符串
5. indexOf(String str): 查找子字符串的位置

例子：

String str = " Hello World ";
System.out.println(str.trim()); // "Hello World"
System.out.println(str.toLowerCase()); // " hello world "
System.out.println(str.replace('o', '0')); // " Hell0 W0rld "
String[] parts = str.trim().split(" ");
System.out.println(Arrays.toString(parts)); // [Hello, World]
System.out.println(str.indexOf("World")); // 6

8. 字符串的性能考虑

1. 在循环中进行字符串连接时，使用 StringBuilder 而不是 + 操作符。
2. 如果可能，尽量使用字面量创建字符串，而不是 new 关键字。
3. 对于大量的字符串操作，考虑使用字符数组。

9. 字符串的内存管理

Java 的字符串常量池是一个特殊的内存区域，用于存储字符串字面量。这有助于节省内存并提高性能。

String s1 = "Hello";
String s2 = "Hello";
System.out.println(s1 == s2); // true，因为它们引用同一个对象

String s3 = new String("Hello");
System.out.println(s1 == s3); // false，s3 是一个新对象

10. 总结

字符串是 Java 中最常用的数据类型之一。理解 String 类的特性、常用方法以及性能考虑对于编写高效的 Java 程序至关重要。同时，了解 StringBuilder 和 StringBuffer 的使用场景也能帮助我们在处理大量字符串操作时做出正确的选择。