Работа со строками Java

Тип данных может содержать последовательность (строку) символов. После создания строки вы можете искать внутри нее, создавать из нее подстроки, новые строки на основе первой, но с заменой некоторых частей, а также многое другое.

Представление

Строка Java (до Java 9) представлена внутри Java VM с использованием байтов, закодированных как UTF-16. UTF-16 использует 2 байта для представления одного символа. Таким образом, символы строки представляются с использованием массива char.

UTF — это кодировка символов, которая может представлять символы из разных языков (алфавитов). Вот почему необходимо использовать 2 байта на символ — чтобы иметь возможность представлять все эти разные символы в одной строке.

Компактные строки

Начиная с Java 9 и выше, Java VM может оптимизировать строки с помощью новой функции, называемой компактными строками. Она позволяет виртуальной машине определять, содержит ли строка только символы ISO-8859-1 / Latin-1. Если это так, она будет использовать только 1 байт на символ внутри. Таким образом, символы компактной строки могут быть представлены байтовым массивом вместо массива char.

Может ли String быть представлена в виде компактной строки или нет, определяется при создании строки. Однажды созданная строка является неизменной, поэтому это безопасно.

Создание строки

Строки являются объектами. Поэтому нужно использовать оператор new для создания нового объекта Java String:

String myString = new String("Hello World");

Текст внутри кавычек — это текст, который будет содержать объект String.

Строковые литералы

Есть более короткий способ создания новой строки:

String myString = "Hello World";

Вместо того, чтобы передавать текст «Hello World» в качестве параметра конструктору String, вы можете просто написать сам текст внутри символов двойной кавычки. Это называется строковым литералом. При компиляции Java кода самостоятельно определяется, как будет создана новая строка, представляющая данный текст.

Escape-символы

Литералы Java Strings принимают набор из которых переводятся в специальные символы в созданной строке. Пример создания с использованием escape-символов:

String text = "\tThis text is one tab in.\r\n";

Этот строковый литерал приведет к строке, которая начинается с символа табуляции и заканчивается переводом каретки и символом новой строки.

Константы

Если вы используете ту же строку (например, «Hello World») в других объявлениях переменных String, виртуальная машина Java может создать в памяти только один экземпляр String. Таким образом, строковый литерал становится де-факто константой или синглтоном. Различные переменные, инициализированные одной и той же константной строкой, будут указывать на один и тот же экземпляр String в памяти.

String myString1 = "Hello World";
String myString2 = "Hello World";

В этом случае виртуальная машина заставит myString1 и myString2 указывать на один и тот же объект String.

Точнее говоря, объекты, представляющие литералы Java String, получены из пула констант String, который виртуальная машина Java хранит внутри. Это означает, что даже классы из разных проектов, скомпилированные отдельно, но используемые в одном приложении, могут совместно использовать объекты String. Обмен происходит во время выполнения. Это не функция времени компиляции.

Если вы хотите быть уверены, что две строковые переменные указывают на отдельные строковые объекты, используйте оператор new следующим образом:

String myString1 = new String("Hello World");
String myString2 = new String("Hello World");

Даже если значение (текст) двух созданных строк Java одинаково, виртуальная машина Java создаст в памяти два разных объекта для их представления.

Конкатенация строк

Конкатенация строк означает добавление одной строки к другой. Строки  являются неизменными, то есть они не могут быть изменены после создания. Поэтому при объединении двух объектов Java String друг с другом результат фактически помещается в третий объект String.

Вот пример:

String one = "Hello";
String two = "World";

String three = one + " " + two;

Содержимое строки, на которую ссылается переменная три, будет Hello World. Два других объекта Strings нетронуты.

Производительность конкатенации

При объединении строк вам следует остерегаться возможных проблем с производительностью. Конкатенация двух строк будет преобразована компилятором Java в нечто вроде этого:

String one = "Hello";
String two = " World";

String three = new StringBuilder(one).append(two).toString();

Создается новый StringBuilder, который передает первую строку в свой конструктор, а вторую — в свой метод append(), прежде чем вызвать метод toString(). Этот код фактически создает два объекта: экземпляр StringBuilder и новый экземпляр String, возвращенный методом toString().

При выполнении самих себя в виде одного оператора эти дополнительные затраты на создание объекта незначительны. Однако когда выполняется внутри цикла, это другая история.

Вот цикл, содержащий вышеуказанный тип конкатенации строк:

String[] strings = new String[]{"one", "two", "three", "four", "five" };

String result = null;
for(String string : strings) {
    result = result + string;
}

Этот код будет скомпилирован в нечто похожее на это:

String[] strings = new String[]{"one", "two", "three", "four", "five" };

String result = null;
for(String string : strings) {
    result = new StringBuilder(result).append(string).toString();
}

Теперь для каждой итерации в этом цикле создается новый StringBuilder. Кроме того, объект String создается методом toString(). Это приводит к небольшим расходам на создание экземпляров за одну итерацию: один объект StringBuilder и один объект String. Само по себе не является настоящим убийцей производительности, хотя.

Каждый раз, когда выполняется новый код StringBuilder(result), конструктор StringBuilder копирует все символы из результирующего String в StringBuilder. Чем больше итераций цикла, тем больше будет результат String. Чем больше растет результат String, тем больше времени требуется для копирования символов из него в новый StringBuilder и повторного копирования символов из StringBuilder во временную строку, созданную методом toString(). Другими словами, чем больше итераций, тем медленнее становится каждая итерация.

Самый быстрый способ объединения строк — создать StringBuilder один раз и повторно использовать один и тот же экземпляр внутри цикла. Вот как это выглядит:

String[] strings = new String[]{"one", "two", "three", "four", "five" };

StringBuilder temp  = new StringBuilder();
for(String string : strings) {
    temp.append(string);
}
String result = temp.toString();

Этот код избегает как экземпляров объектов StringBuilder и String внутри цикла, так и, следовательно, позволяет избежать двухкратного копирования символов, сначала в StringBuilder, а затем снова в String.

Длина строки

Длина строки — это количество символов, которое содержит строка, а не количество байтов, используемых для представления строки. Получить ее можно, используя метод length():

String string = "Hello World";
int length = string.length();

Подстроки

Вы можете извлечь часть строки — подстроку с помощью метода substring() класса String:

String string1 = "Hello World";

String substring = string1.substring(0,5);

После выполнения этого кода переменная substring будет содержать строку Hello.

Метод substring() принимает два параметра. Первый — это индекс символа первого символа, который будет включен в подстроку. Второй — это индекс последнего символа для включения в подстроку. Параметры означают «от — в том числе до -».

Первый символ в строке имеет индекс 0, второй символ имеет индекс 1 и т. д. Последний символ в строке имеет индекс String.length() — 1.

Поиск с помощью indexOf()

Вы можете искать подстроки в Strings, используя метод indexOf():

String string1 = "Hello World";

int index = string1.indexOf("World");

Индексная переменная будет содержать значение 6 после выполнения этого кода. Метод indexOf() возвращает индекс, в котором находится первый символ в первой соответствующей подстроке. В этом случае W совпадающей подстроки World была найдена по индексу 6. Если подстрока не найдена в строке, метод возвращает -1.

Существует версия метода indexOf(), которая берет индекс, с которого начинается поиск. Таким образом, вы можете искать в строке, чтобы найти более одного вхождения подстроки:

String theString = "is this good or is this bad?";
String substring = "is";

int index = theString.indexOf(substring);
while(index != -1) {
    System.out.println(index);
    index = theString.indexOf(substring, index + 1);
}

Этот код просматривает строку «это хорошо или это плохо?» для вхождений подстроки «is». Для этого используется метод indexOf(substring, index). Параметр index указывает, с какого индекса символа в строке следует начать поиск. В этом примере поиск начинается с 1 символа после индекса, в котором было найдено предыдущее вхождение.

Вывод:

0
5
16
21

Подстрока «is» находится в четырех местах. Два раза в словах «есть» и два раза внутри слова «этот».

Класс Java String также имеет метод lastIndexOf(), который находит последнее вхождение подстроки:

String theString = "is this good or is this bad?";
String substring = "is";

int index = theString.lastIndexOf(substring);
System.out.println(index);

Выход — 21, который является индексом последнего вхождения подстроки «is».

Сопоставление строки с регулярным выражением с помощью match()

Метод Java String match() принимает регулярное выражение в качестве параметра и возвращает true, если регулярное выражение соответствует строке, и false, если нет:

String text = "one two three two one";

boolean matches = text.matches(".*two.*");

Сравнение

Строки также имеют набор методов, используемых для сравнения строк:

• equals();
• equalsIgnoreCase();
• StartWith();
• EndsWith();
• compareTo().

equals()

Метод equals() проверяет, точно ли две строки равны друг другу. Если они есть, возвращается true. Если нет, false:

String one   = "abc";
String two   = "def";
String three = "abc";
String four  = "ABC";

System.out.println( one.equals(two) );
System.out.println( one.equals(three) );
System.out.println( one.equals(four) );

Две строки одна и три равны, но одна не равна двум или четырем. Регистр символов также должен совпадать, поэтому строчные буквы не равны прописным.

Вывод, напечатанный из кода выше, будет:

false
true
false

equalsIgnoreCase()

Класс String также имеет метод equalsIgnoreCase(), который сравнивает две строки, но игнорирует регистр символов. Таким образом, заглавные буквы считаются равными их строчным эквивалентам.

StartWith() и EndWith()

Методы StartWith() и EndWith() проверяют, начинается ли String с определенной подстроки:

String one = "This is a good day to code";

System.out.println( one.startsWith("This")    );
System.out.println( one.startsWith("This", 5) );

System.out.println( one.endsWith("code")    );
System.out.println( one.endsWith("shower")  );

В этом примере создается строка и проверяется, начинается ли она и заканчивается ли она различными подстроками.

• Первая строка (после объявления String) проверяет, начинается ли String с подстроки «This». Поскольку это происходит, метод startWith() возвращает true.
• Вторая строка проверяет, начинается ли строка с подстроки «This» при запуске сравнения с символа с индексом 5. Результат равен false, поскольку символ с индексом 5 равен «i».
• Третья строка проверяет, заканчивается ли String подстрокой «code». Поскольку это происходит, метод endWith() возвращает true.
• Четвертая строка проверяет, заканчивается ли String подстрокой «shower». Так как это не так, метод endWith() возвращает false.

compareTo()

Метод compareTo() сравнивает строку с другой и возвращает int, сообщающий, меньше ли эта строка, равна или больше другой.

• Если строка в порядке сортировки раньше, чем другая, возвращается отрицательное число.
• совпадает с другой, возвращается 0.
• Если находится после другой в порядке сортировки, выводит положительное число.

Вот пример:

String one   = "abc";
String two   = "def";
String three = "abd";

System.out.println( one.compareTo(two)   );
System.out.println( one.compareTo(three) );

В этом примере сравнивается одна строка с двумя другими. Вывод:

-3
-1

Числа отрицательны, потому что одна строка находится в порядке сортировки раньше, чем две другие.

Метод compareTo() фактически принадлежит интерфейсу Comparable.

Вы должны знать, что метод compareTo() может работать некорректно для строк на языках, отличных от английского. Чтобы правильно отсортировать строки на определенном языке, используйте Collator.

Обрезка посредством trim()

Класс Java String содержит метод trim(), который может обрезать строковый объект. Предназначен для удаления в начале и конце строки пробелов, табуляцию и переход на новую строку:

String text    = "  And he ran across the field   ";
String trimmed = text.trim();

После выполнения этого кода усеченная переменная будет указывать на экземпляр String со значением

"And he ran across the field"

Пробельные символы в начале и конце объекта String были удалены. Символ пробела внутри строки не был затронут. Имеется в виду между первым и последним символом, не являющимся пробелом.

Метод trim() не изменяет экземпляр String. Вместо этого он возвращает новый объект Java String, который равен объекту String, из которого он был создан, но с удаленным пробелом в начале и конце строки.

Метод trim() может быть очень полезен для обрезки текста, введенного пользователем в поля ввода. Например, пользователь может ввести свое имя и случайно поставить дополнительный пробел после последнего слова или перед первым словом. Метод trim() — это простой способ удалить такие лишние пробелы.

Замена символов replace()

Класс Java String содержит метод replace(), который может заменять символы в строке. Он фактически не заменяет символы в существующей строке. Скорее, возвращает новый экземпляр String. Он равен экземпляру String, из которого он был создан, но с заменой указанных символов. Пример:

String source   = "123abc";
String replaced = source.replace('a', '@');

После выполнения этого кода замененная переменная будет указывать на строку с текстом:

123@bc

Метод replace() заменит все символы, соответствующие символу, переданному методу в качестве первого параметра, вторым символом, переданным в качестве параметра.

replaceFirst()

Метод Java String replaceFirst() возвращает новую строку с первым совпадением регулярного выражения, переданного в качестве первого параметра, со строковым значением второго параметра:

String text = "one two three two one";

String s = text.replaceFirst("two", "five");

Возвращается строка «один пять три два один».

replaceAll()

Метод Java String replaceAll() возвращает новую строку со всеми совпадениями регулярного выражения, переданного в качестве первого параметра, со строковым значением второго параметра:

String text = "one two three two one";

String t = text.replaceAll("two", "five");

Возвращается строка «один пять три пять один».

Разделение

Класс Java String содержит метод split(), который можно использовать для разделения String на массив объектов String:

String   source = "A man drove with a car.";
String[] occurrences = source.split("a");

После выполнения этого кода Java массив вхождений будет содержать экземпляры String:

"A m"
"n drove with "
" c"
"r."

Исходная строка была разделена на символы a. Возвращенные строки не содержат символов a. Символы a считаются разделителями для деления строки, а разделители не возвращаются в результирующий массив строк.

Параметр, передаваемый методу split(), на самом деле является регулярным выражением Java, которые могут быть довольно сложными. Приведенное выше соответствует всем символам, даже буквам нижнего регистра.

Метод String split() существует в версии, которая принимает ограничение в качестве второго параметра — limit:

String   source = "A man drove with a car.";
int      limit  = 2;
String[] occurrences = source.split("a", limit);

Параметр limit устанавливает максимальное количество элементов, которое может быть в возвращаемом массиве. Если в строке больше совпадений с регулярным выражением, чем заданный лимит, то массив будет содержать совпадения с лимитом — 1, а последним элементом будет остаток строки из последнего среза — 1 совпадением. Итак, в приведенном выше примере возвращаемый массив будет содержать эти две строки:

"A m"
"n drove with a car."

Первая строка соответствует регулярному выражению. Вторая — это остальная часть строки после первого куска.

Выполнение примера с ограничением 3 вместо 2 приведет к тому, что эти строки будут возвращены в результирующий массив String:

"A m"
"n drove with "
" car."

Обратите внимание, что последняя строка по-прежнему содержит символ в середине. Это потому, что эта строка представляет остаток строки после последнего совпадения (a после ‘n водил с’).

Выполнение приведенного выше примера с пределом 4 или выше приведет к тому, что будут возвращены только строки Split, поскольку в String есть только 4 совпадения с регулярным выражением a.

Преобразование чисел в строку с помощью valueOf()

Класс содержит набор перегруженных статических методов с именем valueOf(), которые можно использовать для преобразования числа в строку:

String intStr = String.valueOf(10);
System.out.println("intStr = " + intStr);

String flStr = String.valueOf(9.99);
System.out.println("flStr = " + flStr);

Вывод:

intStr = 10
flStr = 9.99

Преобразование объектов в строки

Класс Object содержит метод с именем toString(). Поскольку все классы Java расширяют (наследуют) класс Object, все объекты имеют метод toString(). Он может использоваться для создания строкового представления данного объекта:

Integer integer = new Integer(123);

String intStr = integer.toString();

Примечание. Чтобы метод toString() возвращал нормальное String представление заданного объекта, класс объекта должен переопределить метод toString(). Если нет, то будет вызван метод toString() по умолчанию (унаследованный от класса Object), которые не предоставляет столько полезной информации.

Получение символов и байтов

Можно получить символ по определенному индексу в строке, используя метод charAt():

String theString = "This is a good day to code";

System.out.println( theString.charAt(0) );
System.out.println( theString.charAt(3) );

Этот код распечатает:

T
s

Так как это символы, расположенные в индексах 0 и 3 в строке.

Вы также можете получить байтовое представление метода String, используя метод getBytes():

String theString = "This is a good day to code";

byte[] bytes1 = theString.getBytes();
byte[] bytes2 = theString.getBytes(Charset.forName("UTF-8");

Первый вызов getBytes() возвращает байтовое представление строки, используя кодировку набора символов по умолчанию на машине. Набор символов по умолчанию зависит от компьютера, на котором выполняется код. Поэтому обычно лучше явно указать набор символов, который будет использоваться для создания представления байтов (как в следующей строке).

Второй вызов getBytes() возвращает UTF-8-байтовое представление String.

Преобразование в верхний и нижний регистр

Вы можете конвертировать строки в верхний и нижний регистр, используя методы toUpperCase() и toLowerCase():

String theString = "This IS a mix of UPPERcase and lowerCASE";

String uppercase = theString.toUpperCase();
String lowercase = theString.toLowerCase();