近期到CSDN论坛看看一些网友贴的面试题,其中关于String的问题常常被提及。我一直以为自己很清楚这个东西了,其实深究起来,发现自己并不那么清楚,会犯一些错误;同时也产生了一些联想。小结一下。
1、"abc"与new String("abc");
经常会问到的面试题:String s = new String("abc");创建了几个String Object?【如这里创建了多少对象? 和一道小小的面试题 】
这个问题比较简单,涉及的知识点包括:
引用变量与对象的区别;
字符串文字"abc"是一个String对象;
文字池[pool of literal strings]和堆[heap]中的字符串对象。
一、引用变量与对象:除了一些早期的Java书籍和现在的垃圾书籍,人们都可以从中比较清楚地学习到两者的区别。A aa;语句声明一个类A的引用变量aa[我常常称之为句柄],而对象一般通过new创建。所以题目中s仅仅是一个引用变量,它不是对象。[ref 句柄、引用与对象]
二、Java中所有的字符串文字[字符串常量]都是一个String的对象。有人[特别是C程序员]在一些场合喜欢把字符串"当作/看成"字符数组,这也没有办法,因为字符串与字符数组存在一些内在的联系。事实上,它与字符数组是两种完全不同的对象。
System.out.println("Hello".length());
char[] cc={'H','i'};
System.out.println(cc.length);
三、字符串对象的创建:由于字符串对象的大量使用[它是一个对象,一般而言对象总是在heap分配内存],Java中为了节省内存空间和运行时间[如比较字符串时,==比equals()快],在编译阶段就把所有的字符串文字放到一个文字池[pool of literal strings]中,而运行时文字池成为常量池的一部分。文字池的好处,就是该池中所有相同的字符串常量被合并,只占用一个空间。我们知道,对两个引用变量,使用==判断它们的值[引用]是否相等,即指向同一个对象:
String s1 = "abc" ;
String s2 = "abc" ;
if( s1 == s2 )
System.out.println("s1,s2 refer to the same object");
else System.out.println("trouble");
这里的输出显示,两个字符串文字保存为一个对象。就是说,上面的代码只在pool中创建了一个String对象。
现在看String s = new String("abc");语句,这里"abc"本身就是pool中的一个对象,而在运行时执行new String()时,将pool中的对象复制一份放到heap中,并且把heap中的这个对象的引用交给s持有。ok,这条语句就创建了2个String对象。
String s1 = new String("abc") ;
String s2 = new String("abc") ;
if( s1 == s2 ){ //不会执行的语句}
这时用==判断就可知,虽然两个对象的"内容"相同[equals()判断],但两个引用变量所持有的引用不同,
BTW:上面的代码创建了几个String Object? [三个,pool中一个,heap中2个。]
[Java2 认证考试学习指南 (第4版)( 英文版)p197-199有图解。]
2、字符串的+运算和字符串转换
字符串转换和串接是很基础的内容,因此我以为这个问题简直就是送分题。事实上,我自己就答错了。
String str = new String("jf"); // jf是接分
str = 1+2+str+3+4;
一共创建了多少String的对象?[我开始的答案:5个。jf、new、3jf、3jf3、3jf34]
首先看JLS的有关论述:
一、字符串转换的环境[JLS 5.4 String Conversion]
字符串转换环境仅仅指使用双元的+运算符的情况,其中一个操作数是一个String对象。在这一特定情形下,另一操作数转换成String,表达式的结果是这两个String的串接。
二、串接运算符[JLS 15.18.1 String Concatenation Operator + ]
如果一个操作数/表达式是String类型,则另一个操作数在运行时转换成一个String对象,并两者串接。此时,任何类型都可以转换成String。[这里,我漏掉了"3"和"4"]
如果是基本数据类型,则如同首先转换成其包装类对象,如int x视为转换成Integer(x)。
现在就全部统一到引用类型向String的转换了。这种转换如同[as if]调用该对象的无参数toString方法。[如果是null则转换成"null"]。因为toString方法在Object中定义,故所有的类都有该方法,而且Boolean, Character, Integer, Long, Float, Double, and String改写了该方法。
关于+是串接还是加法,由操作数决定。1+2+str+3+4 就很容易知道是"3jf34"。[BTW :在JLS的15.18.1.3中举的一个jocular little example,真的很无趣。]
下面的例子测试了改写toString方法的情况.。
class A{
int i = 10;
public static void main(String []args){
String str = new String("jf");
str += new A();
System.out.print(str);
}
public String toString(){
return " a.i ="+i+"\n";
}
}
三、字符串转换的优化
按照上述说法,str = 1+2+str+3+4;语句似乎应该就应该生成5个String对象:
1+2 =3,then 3→Integer(3)→"3" in pool? [假设如此]
"3"+str(in heap) = "3jf" (in heap)
"3jf" +3 ,first 3→Integer(3)→"3" in pool? [则不创建] then "3jf3"
"3jf3"+4 create "4" in pool
then "3jf34"
这里我并不清楚3、4转换成字符串后是否在池中,所以上述结果仍然是猜测。
为了减少创建中间过渡性的字符串对象,提高反复进行串接运算时的性能,a Java compiler可以使用StringBuffer或者类似的技术,或者把转换与串接合并成一步。例如:对于 a + b + c ,Java编译器就可以将它视为[as if]
new StringBuffer().append(a).append(b).append(c).toString();
注意,对于基本类型和引用类型,在append(a)过程中仍然要先将参数转换,从这个观点看,str = 1+2+str+3+4;创建的字符串可能是"3"、"4"和"3jf34"[以及一个StringBuffer对象]。
现在我仍然不知道怎么回答str = 1+2+str+3+4;创建了多少String的对象,。或许,这个问题不需要过于研究,至少SCJP不会考它。
3、这又不同:str = "3"+"jf"+"3"+"4";
如果是一个完全由字符串文字组成的表达式,则在编译时,已经被优化而不会在运行时创建中间字符串。测试代码如下:
String str1 ="3jf34";
String str2 ="3"+"jf"+"3"+"4";
if(str1 == str2) {
System.out.println("str1 == str2");
}else {
System.out.println("think again");
}
if(str2.equals(str1))
System.out.println("yet str2.equals(str1)");
可见,str1与str2指向同一个对象,这个对象在pool中。所有遵循Java Language Spec的编译器都必须在编译时对constant expressions 进行简化。JLS规定:Strings computed by constant expressions (ý15.28) are computed at compile time and then treated as if they were literals.
对于String str2 ="3"+"jf"+"3"+"4";我们说仅仅创建一个对象。注意,“创建多少对象”的讨论是说运行时创建多少对象。
BTW:编译时优化
String x = "aaa " + "bbb ";
if (false) {
x = x + "ccc ";
}
x += "ddd ";
等价于:
String x = "aaa bbb ";
x = x + "ddd ";
//这个地方我自己进行了编译,不过和他的结论不一样,好像当用x+="ddd"的时候和直接的x="aaa"+"bbb"+"ddd" 不同,但是具体为什么我也不清楚,正在研究中。。。
4、不变类
String对象是不可改变的(immutable)。有人对str = 1+2+str+3+4;语句提出疑问,怎么str的内容可以改变?其实仍然是因为不清楚:引用变量与对象的区别。str仅仅是引用变量,它的值——它持有的引用可以改变。你不停地创建新对象,我就不断地改变指向。[参考TIJ的Read-only classes。]
不变类的关键是,对于对象的所有操作都不可能改变原来的对象[只要需要,就返回一个改变了的新对象]。这就保证了对象不可改变。为什么要将一个类设计成不变类?有一个OOD设计的原则:Law of Demeter。其广义解读是:
使用不变类。只要有可能,类应当设计为不变类。