结合数据结构来看看Java的String类

Posted 2021-02-03 BlueTree2

数据结构中定义字符串是由零个或多个字符组成的有限序列，有限，指出字符串的长度是一个有限的数值；所谓的序列，说明串的相邻字符之间具有前驱和后继的关系。字符串一般记为s="a₁a₂...a_n"(n>=0)，其中s是字符串的名称，用双引号括起来的字符序列是串的值，注意引号不属于串的内容。字符a_i可以由字母，数字或其他字符组成，i(1≤i≤n)就是该字符在串中的位置。

在Java语言中将字符串作为对象来处理，可以通过访问Java API帮助文档java.lang包下的String类来看看字符串的相关方法。

首先看看String继承的超类和实现的接口有哪些？

1.字符串的常用方法

1.1 常用的构造方法底层实现

//1.由字符串original复制得到新的字符串
public String(String original) {
    this.value = original.value;
    this.hash = original.hash;
}
//2.得到值等于value的字符串
public String(char[] value) {
    this.value = Arrays.copyOf(value, value.length);
}
//3.返回字符串从第i个位置起的前j个字符
public String(char[] value, int offset, int count) {
    //判断索引i是否合法
    if (offset < 0) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset);
    }
    //判断计数值是否合法
    if (count <= 0) {
        if (count < 0) {
            throw new StringIndexOutOfBoundsException(count);
        }
        //如果计数值等于0,返回的是空字符
        if (offset <= value.length) {
            this.value = "".value;
            return;
        }
    }
    //索引值>字符串长度-计数值,抛异常
    if (offset > value.length - count) {
        throw new StringIndexOutOfBoundsException(offset + count);
    }
    //其余情况返回要求值
    this.value = Arrays.copyOfRange(value, offset, offset+count);
}

1.2 equals方法

String中的equals()方法用来判断字符串的内容是否相等。String类中的equals方法是对父类Object类中的equals方法的覆盖，先来看下Object类的equals方法怎么写的：

public boolean equals(Object obj) {
    return (this == obj);
}

 这里的this哪个对象调用该方法，this就指代哪个对象。

String中的equals()方法底层源码：

public boolean equals(Object anObject) {
    //调用该方法的对象与比较的参数相等,则返回true
    if (this == anObject) {
        return true;
    }
    //instanceof 运算符是用来在运行时指出对象是否是特定类的一个实例
    if (anObject instanceof String) {
        String anotherString = (String)anObject;
        int n = value.length;
        //首先比较两个字符串实例长度是否相等
        if (n == anotherString.value.length) {
            char v1[] = value;
            char v2[] = anotherString.value;
            int i = 0;
            //比较两个字符串对应位置的字符是否相等
            while (n-- != 0) {
                if (v1[i] != v2[i])
                    return false;
                i++;
            }
            return true;
        }
    }
    return false;
}

 也就是说，使用equals()方法是用来比较两个字符串的内容是否相等，它通过以下方法实现：

• 首先判断两个字符串实例是否是同一个对象，如果是，那么它们的内容相等，返回true；
• 如果不是同一个对象，判断该对象是否是String类的实例，如果是，将该对象实例强转为String类，判断二者的长度是否相等；
• 若满足长度相等，再一一比较两个字符串对应位置的字符是否相等；

提到equals方法，就得结合“==”操作符来看了。“==”操作符用来比较操作数的值之间的关系，对于基本数据类型，变量存储的是值本身，而对于引用数据类型，变量存储的是对象的地址，比较的是两个对象的内存地址是否相等。

String类代表字符串，Java程序中的所有字符串文字比如“abc”都被实现为此类的实例。字符串一经创建后，它的值是不可以改变的，也就是说“abc”不可以再变成“abcd”。这就要求我们使用String的时候应该注意：尽量不要做字符串频繁的拼接操作。因为字符串一旦创建不可改变，只要频繁拼接，就会在字符串常量池中创建大量的字符串对象，给垃圾回收带来问题。

为了提升字符串的访问效率，在程序中使用了缓冲技术，所有被双引号括起来的字符串都会在JVM运行时数据区的字符串常量池中新建一份，（字符串常量池存储在方法区中）。如果程序中用到“abc”，会先在字符串常量池中查找有没有该字符串，如果找到直接拿来用，找不到就在字符串常量池中新建一个"abc"。

如下的代码，判断两个字符串是否相等：

String A="a";
String B="a";
System.out.println(A==B);  //true

前面提到过“==”是用来比较值相等。程序中第一次出现"a"时，先在字符串常量池中新建一个字符串"a"对象，A指向该对象，当程序中再次出现"a"时，会先在字符串常量池中查找，发现已经创建了"a"，于是直接拿来用了，使用B指向，也就是A,B引用指向的是同一对象，所以打印输出true。

再来看看String中的构造方法：

这个方法是初始化新创建的String对象，使其表示与参数相同的字符序列，换句话说，新创建的字符串时参数字符串的副本。

看下面代码，判断是否相等：

String C=new String("a");
String D=new String("a");
System.out.println(C==D);  //false

参数字符串“a”对象，创建之前先在字符串常量池中查找有没有该对象，没有则创建；然后构造方法String(String original)以"a"为参数，new出两个对象存在堆中，C和D引用分别指向这两个对象，很明显C和D引用指向的是两个不同的对象，即上面这两行代码创建了三个不同的对象，方法区中一个，堆中两个。

2.字符串的模式匹配

子串在主串中的定位操作称为串的模式匹配，串的模式匹配应该算串的重要操作之一。来看看朴素的模式匹配算法。

根据要求从主串的第i个位置开始遍历。子串从第0个位置开始，如果相应位置的字符相等，则主串子串各向后移动一位判断下一位字符，如果不等，主串回到匹配位置的下一位，子串从0位开始，循环遍历，直到找到子串，最后返回子串在主串中的索引。简单地说，就是对主串的每一个字符作为子串开头，与要匹配的字符串进行匹配，这种匹配方式称为朴素的模式匹配算法。实现代码如下：

package com.java.String;
/*
 * 串的模式匹配
 * */
public class IndexTest {
	public static void main(String[] args){
		int s=indexSearch("eateqweapple","app",8);
		System.out.println(s);
	}
	//朴素的模式匹配算法,返回子串T在主串S中第pos个字符之后的位置
	public static int indexSearch(String S,String T,int pos){
		//默认值规定为0
		int index=0;
		int Slen=S.length();
		int Tlen=T.length();
		//S位置下标
		int i=pos; 
		//T位置下标
		int j=0; 
		while((i<Slen)&&(j<Tlen)){
			char s=S.charAt(i);
			char t=T.charAt(j);
			if(s==t){
				//如果当前位置的相等，都各加1比较下一位置
				i=i+1;
				j=j+1;
			}else{
				//否则回到主串S匹配的下一位置,子串从头开始
				i=i+1;
				j=0;
			}
			if(j>Tlen-1){
				 index=i-Tlen;
			}
		}
		return index;
	}
}

算法复杂度分析：

最好的情况，一开始就匹配成功，算法复杂度为O(1); 稍微差一些，每次匹配都是首字母不匹配，但遍历到主串的最后位置匹配成功，算法复杂度为O(n+m);最坏的情况，每次匹配不成功都是发生在子串的最后一个字符，时间复杂度为O((n-m+1)*m)。

 朴素的模式匹配算法算很简单的解决子串定位问题的算法了。想一想Java底层那些封装好的方法，我们真是站在了巨人的肩膀上。