Java程序基础——5.字符与字符串

目录

• Java中的字符与字符串
  • 字符类型（char）：单个Unicode字符的表示
    • 字符的定义与初始化
    • 字符与Unicode编码的转换
  • 字符串类型（String）：字符序列的集合
    • 字符串不可变性
    • 转义字符：处理特殊字符
    • 多行字符串：简化复杂文本
    • 空值与空字符串
    • 字符串常量池：优化内存使用
  • 总结：

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Java中的字符与字符串

在Java编程中，字符（char）和字符串（String）是处理文本数据的核心元素。尽管它们都与文本相关，但在Java中属于不同的类型系统。

字符类型（char）：单个Unicode字符的表示

字符类型char是Java的基本数据类型之一，专门用于表示单个字符。Java对字符的处理采用Unicode编码标准，这使得它能够支持全球几乎所有的文字系统。

字符的定义与初始化

定义char类型变量时，使用单引号'包裹字符：

char c1 = 'A';       // 英文字符
char c2 = '中';      // 中文字符
char c3 = '€';       // 欧元符号
char c4 = '';      // Emoji表情（Unicode补充平面字符）

由于Java使用Unicode编码，每个char类型变量无论表示什么字符，都占用2个字节的内存空间。

字符与Unicode编码的转换

char类型可以直接与整数类型相互转换，转换的依据是字符的Unicode编码值：

// 字符转Unicode编码
int codeA = 'A';      // 65，'A'的Unicode编码
int codeZh = '中';    // 20013，'中'的Unicode编码

// Unicode编码转字符
char char65 = (char) 65;    // 'A'
char char20013 = (char) 20013;  // '中'

还可以使用Unicode转义序列\u来定义字符，其中\u后面跟随4位十六进制数：

char c5 = '\u0041';   // 等同于 'A'，0041是65的十六进制表示
char c6 = '\u4e2d';   // 等同于 '中'，4e2d是20013的十六进制表示

这种表示方法特别适合在不能直接输入某些特殊字符的环境中使用。

字符串类型（String）：字符序列的集合

字符串类型String是Java中最常用的引用类型之一，用于表示一个字符序列。与char不同，String可以存储0个到任意多个字符。

字符串不可变性

Java中的字符串具有不可变特性，即字符串对象一旦创建，其内容就不能被修改。表面上的"修改"实际上是创建了新的字符串对象：

String s = "hello";
s = s + " world";  // 看似修改了s，实则创建了新字符串"hello world"

上述代码的执行过程：

1. 创建字符串"hello"，变量s指向它
2. 创建新字符串"hello world"（通过连接"hello"和" world"）
3. 变量s转而指向新创建的字符串
4. 原字符串"hello"仍然存在，只是不再被s引用

不可变性的好处：

• 线程安全：不可变对象天然线程安全
• 可以安全地共享：字符串常量池机制基于此
• 作为哈希表的键更安全：哈希值不会变化

转义字符：处理特殊字符

当字符串中需要包含特殊字符（如双引号、反斜杠等）时，需要使用转义字符\：

转义序列	表示的字符
\"	双引号
\'	单引号
\\	反斜杠
\n	换行符
\r	回车符
\t	制表符（Tab）
\uXXXX	Unicode字符

示例：

String quote = "He said \"Hello\" to me";  // 包含双引号
String path = "C:\\Program Files\\Java";   // 包含反斜杠
String multiLine = "Line 1\nLine 2\tTabbed";  // 包含换行和制表符
String unicode = "Hello \u4e16\u754c";    // 包含Unicode转义的"世界"

多行字符串：简化复杂文本

从Java 13开始，引入了文本块（Text Blocks）特性，使用三个双引号"""来表示多行字符串，极大简化了多行文本的表示：

String sql = """
    SELECT id, name, email
    FROM users
    WHERE status = 'active'
    ORDER BY created_at DESC
    """;

文本块的特性：

• 自动保留换行符，无需显式添加\n
• 会自动去除各行前面的共同缩进空格
• 以最短行的缩进为基准去除空格
• 可以通过调整结束"""的位置控制是否包含最后的换行符

示例：

// 不包含最后换行符的多行字符串
String poem = """
    床前明月光
    疑是地上霜
    举头望明月
    低头思故乡""";

空值与空字符串

在处理字符串时，必须区分null（空值）和空字符串""：

String nullStr = null;  // 不指向任何对象
String emptyStr = "";   // 指向一个包含0个字符的有效字符串对象

两者的区别：

• null表示变量未指向任何对象，操作null会抛出NullPointerException
• 空字符串是一个有效的String对象，长度为0，可以安全调用字符串方法

判断示例：

// 检查是否为null
if (str == null) {
    System.out.println("字符串为null");
}

// 检查是否为空字符串
if (str != null && str.isEmpty()) {
    System.out.println("字符串为空字符串");
}

// 检查是否为null或空字符串（Java 11+）
if (str.isBlank()) {
    System.out.println("字符串为null、空或仅包含空白字符");
}

字符串常量池：优化内存使用

为了优化内存占用，Java引入了字符串常量池（String Constant Pool）机制：

• 直接使用双引号定义的字符串会被放入常量池
• 相同内容的字符串在常量池中只会存储一份
• 通过new String("...")创建的字符串不会直接进入常量池

示例：

String s1 = "hello";
String s2 = "hello";
String s3 = new String("hello");

System.out.println(s1 == s2);  // true，指向常量池中的同一对象
System.out.println(s1 == s3);  // false，s3指向新创建的对象
System.out.println(s1.equals(s3));  // true，内容相同

可以使用intern()方法将字符串加入常量池：

String s4 = s3.intern();  // 将s3的内容加入常量池并返回引用
System.out.println(s1 == s4);  // true，现在指向同一对象

总结：

• 字符char：
  • char表示单个Unicode字符，占用2字节
  • 掌握字符与Unicode编码的转换
• 字符串String：
  • String是引用类型，表示字符序列，具有不可变性
  • 掌握使用转义字符\用于表示常见特殊字符
  • 了解Java 13开始，多行字符串使用"""定义
  • 留意区分比较null（空值）和""（空字符串），避免空指针异常
  • 掌握字符串常量池的规则，如何优化了相同字符串的内存占用

后续会单独整理String类章节，包括字符串的各种操作，如创建、查找、替换、截取等。本节了解即可。