StringBuilder 类

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2023-12-01

上一节，我们学习了 Java 的 String 类，并介绍了其常用方法。本小节我们来介绍字符串的另外一个类：StringBuilder，我们将会了解到 StringBuilder 与 String 的差异，StringBuilder 的使用场景，也会介绍与 StringBuilder 类对应的 StringBuffer 类，StringBuilder 的使用方法以及其常用方法是本小节的重点学习内容。

1. StringBuilder 概述

1.1 什么是 StringBuilder

与 String 相似，StringBuilder 也是一个与字符串相关的类，Java 官方文档给 StringBuilder 的定义是：可变的字符序列。

1.2 为什么需要 StringBuilder

在 Java 字符串的学习中，我们知道了字符串具有不可变性，当频繁操作字符串时候，会在常量池中产生很多无用的数据（回忆图示）。

而 StringBuilder 与 String 不同，它具有可变性。相较 String 类不会产生大量无用数据，性能上会大大提高。

因此对于需要频繁操作字符串的场景，建议使用 Stringbuilder 类来代替 String 类。

2. StringBuffer 概述

2.1 定义

了解了 StringBuilder 类，StringBuffer 也是不得不提的一个类，Java 官方文档给出的定义是：线程安全的可变字符序列。

2.2 与前者的区别

StringBuffer 是 StringBuilder 的前身，在早期的 Java 版本中应用非常广泛，它是 StringBuilder 的线程安全版本（线程我们将在后面的小节中介绍），但实现线程安全的代价是执行效率的下降。

你可以对比 StringBuilder 和 StringBuffer 的接口文档，它们的接口基本上完全一致。为了提升我们代码的执行效率，在如今的实际开发中 StringBuffer 并不常用。因此本小节的重点在 StringBuilder 的学习。

3. StringBuilder 的常用方法

3.1 构造方法

StringBuilder 类提供了如下 4 个构造方法：

StringBuilder() 构造一个空字符串生成器，初始容量为 16 个字符；
StringBuilder(int catpacity) 构造一个空字符串生成器，初始容量由参数 capacity 指定；
StringBuilder(CharSequence seq) 构造一个字符串生成器，该生成器包含与指定的 CharSequence 相同的字符。；
StringBuilder(String str) 构造初始化为指定字符串内容的字符串生成器。

其中第 4 个构造方法最为常用，我们可以使用 StringBuilder 这样初始化一个内容为 hello 的字符串：

StringBuilder str = new StringBuilder("Hello");

3.2 成员方法

StringBuilder 类下面也提供了很多与 String 类相似的成员方法，以方便我们对字符串进行操作。下面我们将举例介绍一些常用的成员方法。

3.2.1 字符串连接

可以使用 StringBuilder 的 StringBuilder append(String str) 方法来实现字符串的连接操作。

我们知道，String 的连接操作是通过 + 操作符完成连接的：

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

如下是通过 StringBuilder 实现的字符串连接示例：

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public class ConnectString1 {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化一个内容为 Hello 的字符串生成器
        StringBuilder str = new StringBuilder("Hello");
        // 调用append()方法进行字符串的连接
        str.append(" ");
        str.append("World");
       	System.out.println(str);
    }
}

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运行结果：

Hello World

由于 append() 方法返回的是一个 StringBuilder 类型，我们可以实现链式调用。例如，上述连续两个 append() 方法的调用语句，可以简化为一行语句：

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

如果你使用 IDE 编写如上连接字符串的代码，可能会有下面这样的提示（IntelliJ idea 的代码截图）：

提示内容说可以将 StringBuilder 类型可以替换为 String 类型，也就是说可以将上边地代码改为：

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

这样写并不会导致执行效率的下降，这是因为 Java 编译器在编译和运行期间会自动将字符串连接操作转换为 StringBuilder 操作或者数组复制，间接地优化了由于 String 的不可变性引发的性能问题。

值得注意的是，append() 的重载方法有很多，可以实现各种类型的连接操作。例如我们可以连接 char 类型以及 float 类型，实例如下：

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

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运行结果：

小明的身高为：172.5

上面代码里连续的两个 append() 方法分别调用的是重载方法 StringBuilder append(char c) 和 StringBuilder append(float f)。

3.2.2 获取容量

可以使用 int capacity() 方法来获取当前容量，容量指定是可以存储的字符数（包含已写入字符），超过此数将进行自动分配。注意，容量与长度（length）不同，长度指的是已经写入字符的长度。

例如，构造方法 StringBuilder() 构造一个空字符串生成器，初始容量为 16 个字符。我们可以获取并打印它的容量，实例如下：

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public class GetCapacity {
    public static void main(String[] args) {
        // 调用StringBuilder的无参构造方法，生成一个str对象
        StringBuilder str = new StringBuilder();
        System.out.println("str的初始容量为：" + str.capacity());
        // 循环执行连接操作
        for (int i = 0; i < 16; i ++) {
            str.append(i);
        }
        System.out.println("连接操作后，str的容量为" + str.capacity());
    }
}

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运行结果：

str的初始容量为：16
连接操作后，str的容量为34

3.2.3 字符串替换

可以使用 StringBuilder replace(int start, int end, String str) 方法，来用指定字符串替换从索引位置 start 开始到 end 索引位置结束（不包含 end）的子串。实例如下：

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public class StringReplace {
    public static void main(String[] args) {
        // 初始化一个内容为 Hello 的字符串生成器
        StringBuilder str = new StringBuilder("Hello World!");
        // 调用字符串替换方法，将 World 替换为 Java
        str.replace(6, 11, "Java");
        // 打印替换后的字符串
        System.out.println(str);
    }
}

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运行结果：

Hello Java!

也可使用 StringBuilder delete(int start, int end) 方法，先来删除索引位置 start 开始到 end 索引位置（不包含 end）的子串，再使用 StringBuilder insert(int offset, String str) 方法，将字符串插入到序列的 offset 索引位置。同样可以实现字符串的替换，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) 方法来进行字符串截取，例如，我们想截取字符串的后三个字符，实例如下：

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public class StringSub {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder str = new StringBuilder("你好，欢迎来到慕课网");
        String substring = str.substring(7);
        System.out.println("str截取后子串为：" + substring);
    }
}

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运行结果：

str截取后子串为：慕课网

如果我们想截取示例中的” 欢迎 “二字，可以使用重载方法 StringBuilder substring(int start, int end) 进行截取：

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

3.2.5 字符串反转

可以使用 StringBuildr reverse() 方法，对字符串进行反转操作，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经过反转操作后为：" + str.reverse());
    }
}

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运行结果：

str经过反转操作后为：avaJ olleH

4. 小结

本小节我们介绍了 Java 的 StringBuilder 类，它具有可变性，对于频繁操作字符串的场景，使用它来代替 String 类可以提高程序的执行效率；也知道了 StringBuffer 是 StringBuilder 的线程安全版本，官方更推荐使用 StringBuilder；最后我们介绍了 StringBuilder 的常用构造方法和成员方法，如果你想了解更多关于 StringBuilder 的接口，可以翻阅官方文档进行学习。