摘選自 Matrix

作者：Matrix成員：jdbc

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近期到CSDN論壇看看一些網友貼的面試題，其中關于String的問題常常被提及。我一直以為自己很清楚這個東西了，其實深究起來，發現自己并不那么清楚，會犯一些錯誤；同時也產生了一些聯想。小結一下。

1、"abc"與new String("abc");
????經常會問到的面試題：String s = new String("abc");創建了幾個String Object?【如這里創建了多少對象? 和一道小小的面試題 】

????這個問題比較簡單，涉及的知識點包括：

引用變量與對象的區別；
字符串文字"abc"是一個String對象；
文字池[pool of literal strings]和堆[heap]中的字符串對象。
????一、引用變量與對象：除了一些早期的Java書籍和現在的垃圾書籍，人們都可以從中比較清楚地學習到兩者的區別。A aa;語句聲明一個類A的引用變量aa[我常常稱之為句柄]，而對象一般通過new創建。所以題目中s僅僅是一個引用變量，它不是對象。[ref 句柄、引用與對象]

????二、Java中所有的字符串文字[字符串常量]都是一個String的對象。有人[特別是C程序員]在一些場合喜歡把字符串"當作/看成"字符數組，這也沒有辦法，因為字符串與字符數組存在一些內在的聯系。事實上，它與字符數組是兩種完全不同的對象。

????????System.out.println("Hello".length());
????????char[] cc={'H','i'};
????????System.out.println(cc.length);

????三、字符串對象的創建:由于字符串對象的大量使用[它是一個對象，一般而言對象總是在heap分配內存]，Java中為了節省內存空間和運行時間[如比較字符串時，==比equals()快]，在編譯階段就把所有的字符串文字放到一個文字池[pool of literal strings]中，而運行時文字池成為常量池的一部分。文字池的好處，就是該池中所有相同的字符串常量被合并，只占用一個空間。我們知道，對兩個引用變量，使用==判斷它們的值[引用]是否相等，即指向同一個對象：

String s1 = "abc" ;
String s2 = "abc" ;
if( s1 == s2 ) 
????System.out.println("s1,s2 refer to the same object");
else???? System.out.println("trouble");

????這里的輸出顯示，兩個字符串文字保存為一個對象。就是說，上面的代碼只在pool中創建了一個String對象。

????現在看String s = new String("abc");語句，這里"abc"本身就是pool中的一個對象，而在運行時執行new String()時，將pool中的對象復制一份放到heap中，并且把heap中的這個對象的引用交給s持有。ok，這條語句就創建了2個String對象。

String s1 = new String("abc") ;
String s2 = new String("abc") ;
if( s1 == s2 ){ //不會執行的語句}

????這時用==判斷就可知，雖然兩個對象的"內容"相同[equals()判斷]，但兩個引用變量所持有的引用不同，

????BTW：上面的代碼創建了幾個String Object? [三個，pool中一個，heap中2個。]
????[Java2 認證考試學習指南 (第4版)( 英文版)p197-199有圖解。]


2、字符串的+運算和字符串轉換
????字符串轉換和串接是很基礎的內容，因此我以為這個問題簡直就是送分題。事實上，我自己就答錯了。

String str = new String("jf"); // jf是接分
str = 1+2+str+3+4;
一共創建了多少String的對象？[我開始的答案：5個。jf、new、3jf、3jf3、3jf34]

????首先看JLS的有關論述：

????一、字符串轉換的環境[JLS 5.4 String Conversion]

????字符串轉換環境僅僅指使用雙元的+運算符的情況，其中一個操作數是一個String對象。在這一特定情形下，另一操作數轉換成String，表達式的結果是這兩個String的串接。

????二、串接運算符[JLS 15.18.1 String Concatenation Operator + ]

????如果一個操作數/表達式是String類型，則另一個操作數在運行時轉換成一個String對象，并兩者串接。此時，任何類型都可以轉換成String。[這里，我漏掉了"3"和"4"]

如果是基本數據類型，則如同首先轉換成其包裝類對象，如int x視為轉換成Integer(x)。
現在就全部統一到引用類型向String的轉換了。這種轉換如同[as if]調用該對象的無參數toString方法。[如果是null則轉換成"null"]。因為toString方法在Object中定義，故所有的類都有該方法，而且Boolean, Character, Integer, Long, Float, Double, and String改寫了該方法。
關于+是串接還是加法，由操作數決定。1+2+str+3+4 就很容易知道是"3jf34"。[BTW :在JLS的15.18.1.3中舉的一個jocular little example，真的很無趣。]
????下面的例子測試了改寫toString方法的情況.。

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、字符串轉換的優化

按照上述說法，str = 1+2+str+3+4;語句似乎應該就應該生成5個String對象：

1+2 ＝3，then 3→Integer(3)→"3" in pool? [假設如此]
"3"+str(in heap) = "3jf"???? (in heap)
"3jf" +3 ,first 3→Integer(3)→"3" in pool? [則不創建] then "3jf3"
"3jf3"+4 create "4"??in pool
then "3jf34"

????這里我并不清楚3、4轉換成字符串后是否在池中，所以上述結果仍然是猜測。

????為了減少創建中間過渡性的字符串對象，提高反復進行串接運算時的性能，a Java compiler可以使用StringBuffer或者類似的技術，或者把轉換與串接合并成一步。例如：對于 a + b + c ，Java編譯器就可以將它視為[as if]

????new StringBuffer().append(a).append(b).append(c).toString();

????注意，對于基本類型和引用類型，在append(a)過程中仍然要先將參數轉換，從這個觀點看，str = 1+2+str+3+4;創建的字符串可能是"3"、"4"和"3jf34"[以及一個StringBuffer對象]。

????現在我仍然不知道怎么回答str = 1+2+str+3+4;創建了多少String的對象，。或許，這個問題不需要過于研究，至少SCJP不會考它。

3、這又不同：str = "3"+"jf"+"3"+"4";
????如果是一個完全由字符串文字組成的表達式，則在編譯時，已經被優化而不會在運行時創建中間字符串。測試代碼如下：

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)");

????可見，str1與str2指向同一個對象，這個對象在pool中。所有遵循Java Language Spec的編譯器都必須在編譯時對constant expressions 進行簡化。JLS規定：Strings computed by constant expressions (ý15.28) are computed at compile time and then treated as if they were literals.

????對于String str2 ="3"+"jf"+"3"+"4";我們說僅僅創建一個對象。注意，“創建多少對象”的討論是說運行時創建多少對象。

????BTW：編譯時優化

????String x = "aaa " + "bbb ";
????if (false) {
????????x = x + "ccc ";
????}
????x +=??"ddd ";

????等價于：

????String x = "aaa bbb ";
????x = x + "ddd ";

4、不變類
????String對象是不可改變的(immutable)。有人對str = 1+2+str+3+4;語句提出疑問,怎么str的內容可以改變？其實仍然是因為不清楚：引用變量與對象的區別。str僅僅是引用變量，它的值——它持有的引用可以改變。你不停地創建新對象，我就不斷地改變指向。[參考TIJ的Read-only classes。]

????不變類的關鍵是，對于對象的所有操作都不可能改變原來的對象[只要需要，就返回一個改變了的新對象]。這就保證了對象不可改變。為什么要將一個類設計成不變類？有一個OOD設計的原則：Law of Demeter。其廣義解讀是：

????使用不變類。只要有可能，類應當設計為不變類。