Java字符串String类学习笔记1

骑猪看日落 2022-04-22 08:36 205阅读 0赞

今天来学习一下String类的源码，首先看一下String类，

public final class String
        implements java.io.Serializable, Comparable<String>, CharSequence

从String类的定义我们可以看出，该类是final修饰的不可变的类，它实现了序列化和Comparable及CharSequence接口。

1.  final修饰的String类，说明String所定义的字符串的值是不可修改的。

String类中的变量

private final char value[];

在String中定义了一个私有的字符数组value，它是final所修饰的，其中字符数组的元素也是不可以修改的，该字符数组的值是字符数组中的字符。

private int hash;

hash变量是一个int型，该变量用来记录字符串的哈希值。

字符数组转字符串的方法

public String(char value[]) {
            this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
        }

public static char[] copyOf(char[] original, int newLength) {
            char[] copy = new char[newLength];
            System.arraycopy(original, 0, copy, 0,
                             Math.min(original.length, newLength));
            return copy;
        }

该方法是String类的有参构造方法，参数为一个字符数组，内部实现是调用了Arrays类的copyOf方法，第一个参数是字符数组的内容，第二个是字符数组的长度。

public class TestString {
        public static  void main(String[] args){
            String str = "abc";
            char[] a = {'a','b','c'};
            System.out.print(new String(a,1,2));
        }
    }

运行结果`bc`

其中使用了String类的构造方法`String(char[] a,int offset,int count)`,该方法返回一个字符数组的子串，a代表字符数组，offset代表要构造的新字符串在字符数组a中的下标，count代表从offset下标开始连续的几个字符来构造子字符串，下面是源代码的实现：

public String(char value[], int offset, int count) {
            if (offset < 0) {//对元素的索引做判断
                throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset);
            }
            if (count <= 0) {
                if (count < 0) {//对要截取的子串长度做判断
                    throw new StringIndexOutOfBoundsException(count);
                }
                if (offset <= value.length) {
                    this.value = "".value;
                    return;
                }
            }
            // Note: offset or count might be near -1>>>1.
            if (offset > value.length - count) {
                throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset + count);
            }//这一部分主要是实现子字符串的构造
            this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset+count);
        }

调用Arrays类的copyOfRange方法，value就是原字符数组，offset就是新字符串在父字符串中索引，offset+count是那个索引与要截取的字符串的个数的总和。

public static char[] copyOfRange(char[] original, int from, int to) {
            int newLength = to - from;
            if (newLength < 0)
                throw new IllegalArgumentException(from + " > " + to);
            char[] copy = new char[newLength];
            System.arraycopy(original, from, copy, 0,
                             Math.min(original.length - from, newLength));
            return copy;
        }

copyOfRange方法中，首先是计算一下要构造的新字符数组的长度，然后创建一个新的字符数组，接着调用System.arraycopy方法。最后将构造好的子字符串进行返回。

public String(StringBuffer buffer) {
            synchronized(buffer) {
                this.value = Arrays.copyOf(buffer.getValue(), buffer.length());
            }
        }

该String类的构造方法的参数是StringBuffer对象，因为StringBuffer类不是线程安全的，所以在调用Arrays.copyof的方法时给buffer对象添加了synchronized关键字来进行线程同步，保证多线程情况下的线程安全性。

public String(StringBuilder builder) {
            this.value = Arrays.copyOf(builder.getValue(), builder.length());
        }

该String类的构造方法是一个带StringBuilder对象的参数，也是将StringBuilder对象的内容构造为String对象。因为StringBuilder是线程安全的，所以不需要添加synchronized关键字来保证线程同步。

public int length() {
            return value.length;
        }

`length()`方法返回字符串的长度，返回值为int类型。（String对象在非NULL的情况下才可以调用该方法）

public boolean isEmpty() {
            return value.length == 0;
        }

`isEmpty()`方法用来判断字符串是否为空，当且仅当字符串的长度为0时，该方法才返回true。（String对象在非NULL的情况下才可以调用该方法）

public char charAt(int index) {
            if ((index < 0) || (index >= value.length)) {
                throw new StringIndexOutOfBoundsException(index);
            }
            return value[index];
        }

`charAt(int index)`方法，返回值类型为char型，字符，参数为字符串的索引值是int类型，首先会判断参数是否是合法的索引值，如果是合法的索引值，然后返回`value[index]`代表了该索引在字符串中对应的字符。

`getBytes(String charsetName)`方法的例子：

public class TestString {
        public static  void main(String[] args){
            String str = "张三";
            try {
                byte[] b = str.getBytes("utf-8");
                //通过下面的方法是将上面字节数组的内容还原为字符串
                String utf_byte = new String(str.getBytes("utf-8"),"utf-8");
                for(byte b1:b){
                    //将字符串按照utf-8进行转码，返回的字节数组
                    System.out.print(b1);
                }
                System.out.println();
                System.out.println(utf_byte);
            } catch (UnsupportedEncodingException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

运行结果：前面是将字符串转为字节数组的内容，后面是将字节数组还原为原来的字符串。

-27-68-96-28-72-119张三

public byte[] getBytes(String charsetName)
                throws UnsupportedEncodingException {
            if (charsetName == null) throw new NullPointerException();
            return StringCoding.encode(charsetName, value, 0, value.length);
        }

`getBytes(String charsetName)`方法是用来根据指定的字符编码来返回对应的字节数组，其中调用了StringCoding类的encode方法。

static byte[] encode(String charsetName, char[] ca, int off, int len)
            throws UnsupportedEncodingException
        {
            StringEncoder se = deref(encoder);//如果传入的字符集为null则默认使用、、、、ISO-8859-1
            String csn = (charsetName == null) ? "ISO-8859-1" : charsetName;
            if ((se == null) || !(csn.equals(se.requestedCharsetName())
                                  || csn.equals(se.charsetName()))) {
                se = null;
                try {
                    Charset cs = lookupCharset(csn);
                    if (cs != null)
                        se = new StringEncoder(cs, csn);
                } catch (IllegalCharsetNameException x) {}
                if (se == null)
                    throw new UnsupportedEncodingException (csn);
                set(encoder, se);
            }
            return se.encode(ca, off, len);
        }

`lookupCharset(String csn)`该方法用来获取字符集，首先会根据你传入的字符集名称来判断是否支持，支持的情况下，会返回字符集的名称，否则就会报异常。

private static Charset lookupCharset(String csn) {
            if (Charset.isSupported(csn)) {
                try {
                    return Charset.forName(csn);
                } catch (UnsupportedCharsetException x) {
                    throw new Error(x);
                }
            }
            return null;
        }

前面有篇文章我说了关于Object类中的equals和hashcode方法，自定义的类如果不重写equals和hashcode方法，那么会默认调用根基类Object类中的equals方法和hashcode方法，下面我们阅读一下String类重写Object类的equals方法源码：

public boolean equals(Object anObject) {
            if (this == anObject) {//先判断当前引用对象this是否是Object类型
                return true;
            }//判断当前this对象是否是String类的实例
            if (anObject instanceof String) {
                String anotherString = (String)anObject;//将Object对象强制转换为String类对象
                int n = value.length;//获取字符串对象的长度并与强转后的字符串对象长度比较
                if (n == anotherString.value.length) {
                    char v1[] = value;
                    char v2[] = anotherString.value;
                    int i = 0;
                    while (n-- != 0) {//从两个字符串的末尾字符开始做比较
                        if (v1[i] != v2[i])
                            return false;
                        i++;
                    }
                    return true;
                }
            }
            return false;
        }

具体如何重写equals和hashcode方法可以参考我的这篇文章：[Java重写equals和hashcode方法][Java_equals_hashcode]

接着说一下`String`类的对象和`StringBuffer`类的对象如何做`equals`，可能有人会说，`String`和`StringBuffer`做`equals`时，将`StringBuffer`转为`String`类型就可以调用`equals`，如果你看了`StringBuffer`的源码，可以看到该类并没有`equals`方法，所以你需要调用`StringBuffer`对象的`toString()`方法来将其转为`String`类型，然后就是两个`String`对象之间的`equals`调用。

上面是一种方法，我们还可以直接使用`String`类自带的`contentEquals(StringBuffer sb)`方法来对比，下面我先展示源码，然后在分析源码：

public boolean contentEquals(StringBuffer sb) {
            return contentEquals((CharSequence)sb);
        }

该方法的参数就是一个StringBuffer的对象，通过比较StringBuffer对象和字符串String的字符序列是否一致，来得到比较结果，当且仅当String对象的字符序列和StringBuffer对象的字符序列一致的情况下才会返回true。其余情况返回false.

我们继续看上面的`contentEquals(StringBuffer sb)`的源码，它的返回值是调用了另外一个方法，同名且参数不是同一个类型，属于方法重载，继续展示重载后的方法源码，参数是一个CharSequence对象。

public boolean contentEquals(CharSequence cs) {
            // Argument is a StringBuffer, StringBuilder
            if (cs instanceof AbstractStringBuilder) {//这个判断不太明白
                if (cs instanceof StringBuffer) {//判断是否是StringBuffer对象
                    synchronized(cs) {//同步CharSequence对象
                       return nonSyncContentEquals((AbstractStringBuilder)cs);
                    }
                } else {
                    return nonSyncContentEquals((AbstractStringBuilder)cs);
                }
            }
            // Argument is a String
            if (cs instanceof String) {
                return equals(cs);
            }
            // Argument is a generic CharSequence
            char v1[] = value;
            int n = v1.length;
            if (n != cs.length()) {
                return false;
            }
            for (int i = 0; i < n; i++) {//一个字符字符做比较
                if (v1[i] != cs.charAt(i)) {
                    return false;
                }
            }
            return true;
        }

`AbstractStringBuilder`该类是一个抽象类，JDK1.5引入，实现了接口`Appendable, CharSequence`。

不明白的点：

1.`AbstractStringBuilder`是一个抽象类，按照道理应该不会有实例，那么怎么会判断`CharSequence`对象是否属于`AbstractStringBuilder`对象？

public boolean equalsIgnoreCase(String anotherString) {
            return (this == anotherString) ? true
                    : (anotherString != null)
                    && (anotherString.value.length == value.length)
                    && regionMatches(true, 0, anotherString, 0, value.length);
        }

`equalsIgnoreCase(String anotherString)`该方法也是比较两个字符串，但是他会忽略字符串的大小写，如果equals，则返回true,否则返回false.

它的实现主要有三个方面;

1.使用`==`来比较两个字符串是否相等

2.使用`toUpperCase()`方法来全部转为大写比较

3.使用`toLowerCase()`方法来全部转为小写比较

其中使用了方法`regionMatches(boolean ignoreCase, int toffset, String other, int ooffset, int len)`来实现2和3的验证，具体实现的源码如下所示：

public boolean regionMatches(boolean ignoreCase, int toffset,
                String other, int ooffset, int len) {
            char ta[] = value;//原字符串的value
            int to = toffset;//原字符串要开始的索引
            char pa[] = other.value;//参数字符串的value
            int po = ooffset;//参数字符串要开始比较的索引
            //边缘校验 Note: toffset, ooffset, or len might be near -1>>>1.
            if ((ooffset < 0) || (toffset < 0)
                    || (toffset > (long)value.length - len)
                    || (ooffset > (long)other.value.length - len)) {
                return false;
            }
            while (len-- > 0) {
                char c1 = ta[to++];
                char c2 = pa[po++];
                if (c1 == c2) {
                    continue;
                }
                if (ignoreCase) {
                    // If characters don't match but case may be ignored,
                    // try converting both characters to uppercase.
                    // If the results match, then the comparison scan should
                    // continue.
                    char u1 = Character.toUpperCase(c1);
                    char u2 = Character.toUpperCase(c2);
                    if (u1 == u2) {
                        continue;
                    }
                    // Unfortunately, conversion to uppercase does not work properly
                    // for the Georgian alphabet, which has strange rules about case
                    // conversion.  So we need to make one last check before
                    // exiting.
                    if (Character.toLowerCase(u1) == Character.toLowerCase(u2)) {
                        continue;
                    }
                }
                return false;
            }
            return true;
        }

`regionMatches`方法主要是对比两个字符串是否相等，其中有5个参数，分别是

1.`ignoreCase`：如果该值为true，则在比较两个字符串的时候会忽略大小写；

2.`toffset`：代表了字符串的起始索引位置；

3.`other`：代表了该方法中的参数字符串String；

4.`ooffset`：代表参数字符串的起始索引；

5.`len`：表示两个字符串要对比的字符个数。

下面看一下String类的compareTo方法：

比较两个字符串中的字符是否一致。它是基于字符串中每个字符的unicode值来做比较的。

public int compareTo(String anotherString) {
            int len1 = value.length;
            int len2 = anotherString.value.length;
            int lim = Math.min(len1, len2);
            char v1[] = value;
            char v2[] = anotherString.value;
    
            int k = 0;
            while (k < lim) {
                char c1 = v1[k];
                char c2 = v2[k];
                if (c1 != c2) {
                    return c1 - c2;
                }
                k++;
            }
            return len1 - len2;
        }

首先来看一下JDK中compareTo的源码的实现：

1.获取两个字符串的长度；

2.用变量lim来记录两个字符串长度中较小的一个字符串长度值；

3.用两个字符数组v1和v2分别来存储原来两个字符串的内容；

4.定义变量int类型k，初始化为0，并且以k<=lim为循环条件，对两个字符数组中同一索引的字符进行比较，如果不等，则直接return 两个字符的unicode差值 结束循环；此处之所以用两个字符串长度较小的作为最高限，是防止下面两个字符数组访问时出现数组越界的问题；

5.如果while循环顺利通过，compareTo方法最后的返回值是两个字符串长度的差值。

--------------------

其实我觉得这个实现的话，我觉得应该是这样的：

上述步骤1之后，我们可以比较一下两个字符串的长度，如果当长度不相等的时候，我们就可以直接返回两个长度的差值，我觉得长度都不相等的两个字符串，那么一定是不会equals的。

当两个字符串长度相等的时候再用下面的while循环逐个字符比较unicode值，如果全部相等，则返回两个字符串长度的差值，否则当两个字符的unicode值不相等的时候直接返回该对字符的unicode差值。

下面是几组例子来说明compareTo方法：

public class TestString {
        public static  void main(String[] args){
          String str1 = "abc";
          String str2 = "abc";
          String str3 = "abe";
          String str4 = "abcde";
          //结果为0
          System.out.println(str1.compareTo(str2));
          //结果为-2
          System.out.println(str1.compareTo(str3));
          //c和e分别对应的数值是12   14
          System.out.println(Character.getNumericValue('c') + " " + Character.getNumericValue('e'));
          //结果为-2
          System.out.println(Character.getNumericValue('c')-Character.getNumericValue('e'));
          //结果为-2
          System.out.println(str1.compareTo(str4));
        }
    }

public int compareToIgnoreCase(String str) {
            return CASE_INSENSITIVE_ORDER.compare(this, str);
        }

`compareToIgnoreCase(String str)` 该方法参数为String类型，忽略字符串的大小写，返回结果类似于compare的结果，具体的实现是因为调用了`toUpperCase和toLowerCase`两个方法。具体可以看源码的实现。

public boolean regionMatches(int toffset, String other, int ooffset,
                int len) {
            char ta[] = value;
            int to = toffset;
            char pa[] = other.value;
            int po = ooffset;
            // Note: toffset, ooffset, or len might be near -1>>>1.
            if ((ooffset < 0) || (toffset < 0)
                    || (toffset > (long)value.length - len)
                    || (ooffset > (long)other.value.length - len)) {
                return false;
            }
            while (len-- > 0) {
                if (ta[to++] != pa[po++]) {
                    return false;
                }
            }
            return true;
        }

`regionMatches(int toffset, String other, int ooffset, int len)` 该方法是用来比较两个字符串是否相等，下面对于方法参数进行一下说明：

1.`toffset` ：表示当前对象的开始索引；

2.`other` ：表示方法参数里面的String字符串；

3.`ooffset` ：表示参数String字符串要开始的索引；

4.`len` :表示两个字符串要比较的字符个数。

原理也是判断完边界条件之后，对两个字符串的相同位置的索引的字符进行对比，来判断是否字符串相等，它有一个重载的方法，忽略字符串的大小写，在前面提到过，多了一个`boolean`类型的参数，当值为`true`的时候，就会按照忽略大小写进行比较字符串。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTI5MzQzMjU_size_16_color_FFFFFF_t_70]

[Java_equals_hashcode]: https://blog.csdn.net/u012934325/article/details/83077253
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTI5MzQzMjU_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220422/181d64578957481389d3112694955953.png