在 Java 中建立可變字串

一、簡介

在本教程中，我們將討論在 Java 中建立可變String的幾種方法。

2. 字串的不變性

與 C 或 C++ 等其他程式語言不同，Java 中的Strings是不可變的。

Strings的這種不可變性質也意味著對String的任何修改都會在記憶體中建立具有修改內容的新String ，並傳回更新後的參考。 Java 提供了StringBuffer和StringBuilder等庫類別來有效地處理可變文字資料。

3. 使用反射的可變字串

我們可以嘗試使用反射框架在 Java 中建立可變String 。 Java 中的反射框架可讓我們在執行時間檢查和修改物件、方法及其屬性的結構。雖然它是一個非常強大的工具，但應謹慎使用，因為它可能會在沒有警告的情況下在程序中留下錯誤。

我們可以使用框架的一些方法來更新Strings,從而建立一個可變物件。讓我們先建立兩個Strings ，一個作為String文字，另一個使用new關鍵字：

String myString = "Hello World";
 String otherString = new String("Hello World");

現在，我們在String類別上使用 Reflection 的getDeclaredField()方法來取得Field實例，並使其可供我們覆寫該值：

Field f = String.class.getDeclaredField("value");
 f.setAccessible(true);
 f.set(myString, "Hi World".toCharArray());

當我們將第一個字串的值設為其他值並嘗試列印第二個字串時，會出現突變值：

System.out.println(otherString);

 Hi World

因此，我們改變了一個String,任何引用這個文字的String物件都會獲得其中“Hi World”的更新值。這可能會在系統中引入錯誤並導致大量損壞。 Java 程式運行的基本假設是Strings是不可變的。任何偏離這一點的行為都可能是災難性的。

還需要注意的是，上面的範例非常過時，並且不適用於較新的 Java 版本。

4. Charsets和字串

4.1. Charsets簡介

上述解決方案有很多缺點且不方便。改變字串的另一種方法是為我們的程式實作自訂CharSet 。

計算機只能透過數字代碼來理解人造字元。 Charset是一個字典，用於維護字元與其二進位對應項的對應。例如， ASCII字元集有 128 個字元。標準化的字元編碼格式以及定義的Charset,可確保文字在全球數字系統中正確解釋。

Java 提供了對編碼和轉換的廣泛支援。其中包括 US-ASCII、ISO-8859-1、UTF-8 和 UTF-16 等。

4.2.使用Charset

讓我們來看看一個如何使用Charsets對Strings進行編碼和解碼的範例。我們將採用非 ASCII 字串，然後使用 UTF-8 字元集對其進行編碼。相反，我們將使用相同的字元集將字串解碼為原始輸入。

讓我們從輸入String開始：

String inputString = "Hello, दुनिया";

我們使用java.nio.charset.Charset的Charset.forName()方法來取得 UTF-8 的字元集，並取得編碼器：

Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
 CharsetEncoder encoder = charset.newEncoder();

編碼器物件有一個encode()方法，它需要一個CharBuffer物件、一個ByteBuffer物件和一個endOfInput標誌。

CharBuffer物件是保存Character資料的緩衝區，可以透過以下方式取得：

CharBuffer charBuffer = CharBuffer.wrap(inputString);
 ByteBuffer byteBuffer = ByteBuffer.allocate(64);

我們也建立一個大小為 64 的ByteBuffer對象，然後將它們傳遞給encode()方法以對輸入字串進行編碼：

encoder.encode(charBuffer, byteBuffer, true);

byteBuffer物件現在儲存編碼的字元。我們可以解碼byteBuffer物件的內容以再次顯示原始 String：

private static String decodeString(ByteBuffer byteBuffer) {
 Charset charset = Charset.forName("UTF-8");
 CharsetDecoder decoder = charset.newDecoder();
 CharBuffer decodedCharBuffer = CharBuffer.allocate(50);
 decoder.decode(byteBuffer, decodedCharBuffer, true);
 decodedCharBuffer.flip();

 return decodedCharBuffer.toString();
 }

以下測試驗證我們是否能夠將字串解碼回其原始值：

String inputString = "hello दुनिया";
 String result = ch.decodeString(ch.encodeString(inputString));
 Assertions.assertEquals(inputString, result);

4.3.建立自訂Charset

我們也可以為我們的程式建立自訂Charset類別定義。為此，我們必須提供以下方法的具體實作：

• newDecoder() – 這應該回傳一個CharsetDecoder實例
• newEncoder () – 這應該回傳一個CharsetEncoder實例

我們透過建立一個新的Charset實例來開始內聯Charset定義，如下所示：

private final Charset myCharset = new Charset("mycharset", null) {
 // implement methods
 }

我們已經看到Charsets在字元的編碼和解碼生命週期中廣泛使用CharBuffer物件。在我們的自訂字元集定義中，我們建立一個共用CharBuffer物件以在整個程式中使用：

private final AtomicReference<CharBuffer> cbRef = new AtomicReference<>();

現在讓我們來寫newEncoder()和newDecoder()方法的簡單內聯實作來完成我們的Charset定義。我們也會在方法中註入共享CharBuffer物件cbRef ：

@Override
 public CharsetDecoder newDecoder() {
 return new CharsetDecoder(this, 1.0f, 1.0f) {
 @Override
 protected CoderResult decodeLoop(ByteBuffer in, CharBuffer out) {
 cbRef.set(out);
 while (in.remaining() > 0) {
 out.append((char) in.get());
 }
 return CoderResult.UNDERFLOW;
 }
 };
 }

@Override
 public CharsetEncoder newEncoder() {
 CharsetEncoder cd = new CharsetEncoder(this, 1.0f, 1.0f) {
 @Override
 protected CoderResult encodeLoop(CharBuffer in, ByteBuffer out) {
 while (in.hasRemaining()) {
 if (!out.hasRemaining()) {
 return CoderResult.OVERFLOW;
 }
 char currentChar = in.get();
 if (currentChar > 127) {
 return CoderResult.unmappableForLength(1);
 }
 out.put((byte) currentChar);
 }
 return CoderResult.UNDERFLOW;
 }
 };
 return cd;
 }

4.4.使用自訂Charset改變String

現在我們已經完成了Charset定義，我們可以在我們的程式中使用這個字元集。請注意，我們有一個共享CharBuffer實例，它在解碼過程中使用輸出CharBuffer進行更新。這是改變字串的重要一步。

Java 中的String類別提供了多個建構函式來建立和初始化String,其中一個建構函式接受一個bytes組陣列和一個Charset ：

public String(byte[] bytes, Charset charset) {
 this(bytes, 0, bytes.length, charset);
 }

我們使用此建構函式建立一個String,並將自訂字元集物件myCharset傳遞給它：

public String createModifiableString(String s) {
 return new String(s.getBytes(), charset);
 }

現在我們有了String讓我們試著利用我們擁有的CharBuffer來改變它：

public void modifyString() {
 CharBuffer cb = cbRef.get();
 cb.position(0);
 cb.put("something");
 }

在這裡，我們將CharBuffer's 0th位置的內容更新為不同的值。由於此字元緩衝區是共享的，且字元集在解碼器的decodeLoop()方法中維護對其的引用，因此底層的char[]也發生了變更。我們可以透過新增測試來驗證這一點：

String s = createModifiableString("Hello");
 Assert.assertEquals("Hello", s);
 modifyString();
 Assert.assertEquals("something", s);

5. 關於字串突變的最終想法

我們已經看到了幾種改變String方法。 String突變在 Java 世界中是有爭議的，主要是因為 Java 中幾乎所有程式都假定Strings的非突變性質。

然而，我們需要多次更改Strings ，這就是為什麼 Java 為我們提供了StringBuffer和StringBuilder類別。這些類別使用可變的Characters序列，因此很容易修改。使用這些類別是處理可變字元序列的最佳且最有效的方法。

六，結論

在本文中，我們研究了可變Strings以及改變String的方法。我們也了解使用簡單的演算法來改變String缺點和困難。

與往常一樣，本文的程式碼可在 GitHub 上取得。