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ColorfulC · 更新于 2020-05-08

StringBuilder

上一節，我們學習了 Java 的 String 類，并介紹了其常用方法。本小節我們來介紹字符串的另外一個類：StringBuilder，我們將會了解到 StringBuilder 與 String 的差異，StringBuilder 的使用場景，也會介紹與 StringBuilder 類對應的 StringBuffer 類，StringBuilder 的使用方法以及其常用方法是本小節的重點學習內容。

1. StringBuilder 概述

1.1 什么是 StringBuilder

與 String 相似，StringBuilder 也是一個與字符串相關的類，Java 官方文檔給 StringBuilder 的定義是：可變的字符序列。

1.2 為什么需要 StringBuilder

在 Java 字符串的學習中，我們知道了字符串具有不可變性，當頻繁操作字符串時候，會在常量池中產生很多無用的數據（回憶圖示）。

而 StringBuilder 與 String 不同，它具有可變性。相較 String 類不會產生大量無用數據，性能上會大大提高。

因此對于需要頻繁操作字符串的場景，建議使用 Stringbuilder 類來代替 String 類。

2. StringBuffer 概述

2.1 定義

了解了 StringBuilder 類 ，StringBuffer 也是不得不提的一個類，Java 官方文檔給出的定義是：線程安全的可變字符序列。

2.2 與前者的區別

StringBuffer 是 StringBuilder 的前身，在早期的 Java 版本中應用非常廣泛，它是 StringBuilder 的線程安全版本（線程我們將在后面的小節中介紹），但實現線程安全的代價是執行效率的下降。

你可以對比 StringBuilder 和 StringBuffer 的接口文檔，它們的接口基本上完全一致。為了提升我們代碼的執行效率，在如今的實際開發中 StringBuffer 并不常用。因此本小節的重點在 StringBuilder 的學習。

3. StringBuilder 的常用方法

3.1 構造方法

StringBuilder 類提供了如下 4 個構造方法：

  1. StringBuilder() 構造一個空字符串生成器，初始容量為 16 個字符；
  2. StringBuilder(int catpacity) 構造一個空字符串生成器，初始容量由參數 capacity 指定；
  3. StringBuilder(CharSequence seq) 構造一個字符串生成器，該生成器包含與指定的 CharSequence 相同的字符。；
  4. StringBuilder(String str) 構造初始化為指定字符串內容的字符串生成器。

其中第 4 個構造方法最為常用，我們可以使用 StringBuilder 這樣初始化一個內容為 hello 的字符串：

StringBuilder str = new StringBuilder("Hello");

3.2 成員方法

StringBuilder 類下面也提供了很多與 String 類相似的成員方法，以方便我們對字符串進行操作。下面我們將舉例介紹一些常用的成員方法。

3.2.1 字符串連接

可以使用 StringBuilder 的 StringBuilder append(String str) 方法來實現字符串的連接操作。

我們知道，String 的連接操作是通過 + 操作符完成連接的：

String str1 = "Hello";
String str2 = "World";
String str3 = str1 + " " + str2;

如下是通過 StringBuilder 實現的字符串連接示例：

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public class ConnectString1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化一個內容為 Hello 的字符串生成器
        StringBuilder str = new StringBuilder("Hello");
        // 調用append()方法進行字符串的連接
        str.append(" ");
        str.append("World");
       	System.out.println(str);
    }
}
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運行結果：

Hello World

由于 append() 方法返回的是一個 StringBuilder 類型，我們可以實現鏈式調用。例如，上述連續兩個 append() 方法的調用語句，可以簡化為一行語句：

str.append(" ").append("World");

如果你使用 IDE 編寫如上連接字符串的代碼，可能會有下面這樣的提示（IntelliJ idea 的代碼截圖）：

提示內容說可以將 StringBuilder 類型可以替換為 String 類型，也就是說可以將上邊地代碼改為：

String str = "Hello" + " " + "World";

這樣寫并不會導致執行效率的下降，這是因為 Java 編譯器在編譯和運行期間會自動將字符串連接操作轉換為 StringBuilder 操作或者數組復制，間接地優化了由于 String 的不可變性引發的性能問題。

值得注意的是，append() 的重載方法有很多，可以實現各種類型的連接操作。例如我們可以連接 char 類型以及 float 類型，實例如下：

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public class ConnectString2 {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder str = new StringBuilder("小明的身高為");
        str.append('：').append(172.5f);
        System.out.println(str);
    }
}
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運行結果：

小明的身高為：172.5

上面代碼里連續的兩個 append() 方法分別調用的是重載方法 StringBuilder append(char c) 和 StringBuilder append(float f)。

3.2.2 獲取容量

可以使用 int capacity() 方法來獲取當前容量，容量指定是可以存儲的字符數（包含已寫入字符），超過此數將進行自動分配。注意，容量與長度（length）不同，長度指的是已經寫入字符的長度。

例如，構造方法 StringBuilder() 構造一個空字符串生成器，初始容量為 16 個字符。我們可以獲取并打印它的容量，實例如下：

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public class GetCapacity {
    public static void main(String[] args) {
        // 調用StringBuilder的無參構造方法，生成一個str對象
        StringBuilder str = new StringBuilder();
        System.out.println("str的初始容量為：" + str.capacity());
        // 循環執行連接操作
        for (int i = 0; i < 16; i ++) {
            str.append(i);
        }
        System.out.println("連接操作后，str的容量為" + str.capacity());
    }
}
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運行結果：

str的初始容量為：16
連接操作后，str的容量為34

3.2.3 字符串替換

可以使用 StringBuilder replace(int start, int end, String str) 方法，來用指定字符串替換從索引位置 start 開始到 end 索引位置結束（不包含 end）的子串。實例如下：

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public class StringReplace {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化一個內容為 Hello 的字符串生成器
        StringBuilder str = new StringBuilder("Hello World!");
        // 調用字符串替換方法，將 World 替換為 Java
        str.replace(6, 11, "Java");
        // 打印替換后的字符串
        System.out.println(str);
    }
}
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運行結果：

Hello Java!

也可使用 StringBuilder delete(int start, int end) 方法，先來刪除索引位置 start 開始到 end 索引位置（不包含 end）的子串，再使用 StringBuilder insert(int offset, String str) 方法，將字符串插入到序列的 offset 索引位置。同樣可以實現字符串的替換，例如：

StringBuilder str = new StringBuilder("Hello World!");
str.delete(6, 11);
str.insert(6, "Java");

3.2.4 字符串截取

可以使用 StringBuilder substring(int start) 方法來進行字符串截取，例如，我們想截取字符串的后三個字符，實例如下：

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public class StringSub {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder str = new StringBuilder("你好，歡迎來到慕課網");
        String substring = str.substring(7);
        System.out.println("str截取后子串為：" + substring);
    }
}
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運行結果：

str截取后子串為：慕課網

如果我們想截取示例中的” 歡迎 “二字，可以使用重載方法 StringBuilder substring(int start, int end) 進行截?。?/p> 

String substring = str.substring(3, 5);

3.2.5 字符串反轉

可以使用 StringBuildr reverse() 方法，對字符串進行反轉操作，例如：

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public class StringReverse {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder str = new StringBuilder("Hello Java");
        System.out.println("str經過反轉操作后為：" + str.reverse());
    }
}
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運行結果：

str經過反轉操作后為：avaJ olleH

4. 小結

本小節我們介紹了 Java 的 StringBuilder 類，它具有可變性，對于頻繁操作字符串的場景，使用它來代替 String 類可以提高程序的執行效率；也知道了 StringBuffer 是 StringBuilder 的線程安全版本，官方更推薦使用 StringBuilder；最后我們介紹了 StringBuilder 的常用構造方法和成員方法，如果你想了解更多關于 StringBuilder 的接口，可以翻閱官方文檔進行學習。