Java¶

學習路線¶

• 2024 年

基本概念¶

資料型別¶

• 原生型別 (Primitive Data Type)

  • boolean, char, int, short, byte, long, float, and double

    Data Type	Size	Default Value
    boolean	1 bit	true, false
    char	2 bytes	0 ~ 65535
    byte	1 byte	-128 ~ 127
    short	2 bytes	-32768 ~ 32767
    int	4 bytes	\(-2^{31}\) ~ \(2^{31}-1\)
    long	8 bytes	\(-2^{63}\) ~ \(2^{63}-1\)
    float	4 bytes
    double	8 bytes

• 參考型別 (Reference Data Types)

  • Integer, String, Class, Interface, Array ...等

  Java 使用 Unicode 系統; 而不像 C++ 使用 ASCII code 系統

  • 因此，Java 的 char 型別需要 2 bytes 才足夠

迴圈 (for loop & for-each loop)¶

• for loop

  • 基本範例
    Java

    for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
        System.out.println("Element at index " + i + " : "+ arr[i]);
    }
    

• for-each loop

  • 常用於 Array, Collection 類別

  • 優點

    • 在 loop body 中，可直接使用 element，而不是用 index 來存取元素

  • 限制

    • 僅能 往前迭代(iterate forward)，且 一次前進一格(single step)

      Java

      // cannot be converted to a for-each loop
      for (int i=numbers.length-1; i>0; i--)
      {
                  System.out.println(numbers[i]);
      }
      

    • 無法 修改原陣列中的元素值

      Java

      for (int num: marks)
      {
              // only changes num, not the array element
              num = num*2;
      }
      

    • 無法 追蹤 index

      Java

      for (int num: numbers)
      {
              if (num == target)
              {
                      return ???;   // do not know the index of num
              }
      }
      

    • 無法 同時存取兩個不同的 Array (因為無法追蹤 index)

      Java

      // cannot be easily converted to a for-each loop
      for (int i=0; i<numbers.length; i++)
      {
              if (numbers[i] == arr[i])
              { ...
              }
      }
      

  • 基本範例

    Java

    for (int element: arr) {
        System.out.println(element);
    }
    

String¶

• String, StringBuffer, StringBuilder 皆實作了 CharSequence 介面

  

• String vs. StringBuffer vs. StringBuilder

  特色\字串	String	StringBuffer	StringBuilder
  引入版本	JDK 1.0	JDK 1.0	JDK 1.5
  可變性(mutable, immutable)	不可變	可變	可變
  thread-safe	是	是	否
  記憶體使用效率	高	較差	較佳
  執行效能	高	較低 (因為 Synchronization)	較高
  適用情境	要求字串需為不可變	多執行緒	單執行緒

基本概念¶

• 字串 = char[]

  Java

  String name = "Geeks";
  

  

• 不可變的 (immutable): 一旦建立字串物件後，該字串的字元序列就無法被更改了

  Java

  String original = "hello"; // 原字串物件
  String modified = original.toUpperCase();  // 建立一個新的字串物件
  
  System.out.println(original);  // "hello"
  System.out.println(modified);  // "HELLO"
  

• thread-safe

建立字串¶

• 基本範例

  Java

  // 法 1: String Literal (動態分配在 heap memory，而不是在 string pool 中)
  String str1 = "hello world";
  // 法 2: 使用 new 關鍵字 (儲存在 string pool)
  String string = new String ("hello world");
  

  

• 其他範例

  Java

  // 用 byte array 建立 string
  byte[] bArr = {71, 101, 101, 107, 115};
  String str = new String(bArr); // Geeks
  
  // 指定 byte array 的 index 範圍，建立 string
  String s_index = new String(bArr, 1, 3); // eek
  

  Java

  // 用 character array 建立 string
  char[] charArr = {'G', 'e', 'e', 'k', 's'};
  String str = new String(charArr); // Geeks
  
  // 指定 character array 的 index 範圍，建立 string
  String str_index = new String(charArr , 1, 3); // eek
  

  Java

  // 用 int array 對照 Unicode (offset: 指定 index 的起始位置; count: 要產生幾個元素數)
  // String(int[] uni_code_points, int offset, int count)
  int[] uni_code = {71, 101, 101, 107, 115};
  String str_index = new String(uni_code, 1, 3); // eek
  

  Java

  // 用 StringBuffer 類別，建立 String
  StringBuffer sBuffer = new StringBuffer("Geeks");
  String str = new String(sBuffer); // Geeks
  

  Java

  // 用 StringBuilder 類別，建立 String
  StringBuilder sBuilder = new StringBuilder("Geeks");
  String str = new String(sBuilder); // Geeks
  

• stack 儲存變數(string object)

• heap 儲存變數值(string value)

  • string pool = 位於 heap memory 中的一個字串緩存空間 (深綠色處)

    Java

    // 情境 1: 建立一個 string object
    String str1 = "Hello";
    

    

    Java

    // 情境 2: 建立兩個不同的 string object，但因為 string pool 中已存在 "Hello"，所以 str1, str2 會指向 string pool 中的同一個 string value
    String str1 = "Hello";
    String str2 = "Hello"; // "Hello" in string pool is reused
    

    

    Java

    // 使用 new 關鍵字，會將變數值動態分配在 heap memory 中 (而不是在 string pool)
    String strObject = new String("hello world");
    // 使用 String.intern() 內建方法將字串值移動到 string pool
    String strLiteral = strObject.intern();
    
    System.out.println(strObject == strLiteral); // false
    

    

基本操作¶

• 計算字串中的 character 數: String.length()

  Java

  "abc".length();  // 3
  

• 獲取指定 index 位置的 character

  • 回傳 character 型別 (用單引號 ' ')
  Java

  "abcde".charAt(3);  // 'd'
  

• 移除空白字元

  • 僅移除字串的首、尾處 的空白字元; 不包括字串中間的空白字元
  Java

  String str1 = " a b c ";
  System.out.println(str1.trim()); // "a b c"
  

• 替換字元

  • 會建立一個新字串 (所以 不會 影響到原字串)
  Java

  String str1 = "aabbcc";
  String str2 = str1.replace('b', 'f');
  
  System.out.println(str1); // "aabbcc"
  System.out.println(str2); // "aaffcc"
  

• 將字串轉換成 char[]

  Java

  String str1="abcde";
  char[] charArr = str1.toCharArray();
  
  System.out.println(charArr); // ['a', 'b', 'c', 'd', 'e']
  

• 檢查字串的前綴

  Java

  String str1="hello world";
  String str2="hello";
  
  System.out.println(str1.startsWith(str2)); // true
  

• 找出指定 substring 於字串中 第一次出現 的 index 位置

  • 參數 substring 是 case sensitive
  • 若未搜尋到，回傳 -1
  Java

  String str = "A learns and B learns";
  System.out.println(str.indexOf("learns"));  // 2
  System.out.println(str.indexOf("AND")); // -1
  

• 找出指定 substring 於字串中 最後一次出現 的 index 位置

  • 參數 substring 是 case sensitive
  • 若未搜尋到，回傳 -1
  Java

  String str = "abcabc";
  System.out.println(str.lastIndexOf("ab")); // 3
  System.out.println(str.lastIndexOf("c")); // 5 (注意! 參數型別必須是 String，因此若要搜尋 character，仍然必需用雙引號 "")
  

• 合併 substring

  Java

  String substr1 = "abc";
  String substr2 = "def";
  String res = substr1.concat(substr2); // "abcdef"
  

• 給定 index 範圍，切割出 substring

  • index 從 0 開始
  • 不包含末項 index 的值
  Java

  "abcdef".substring(2, 4); // "cd"
  

• 檢查是否包含某個 substring

  • 參數僅能是 substring ，而不能是 character
  Java

  String str1 = "abcdef";
  
  System.out.println(str1.contains("bcd")); // true, 完全連續存在
  System.out.println(str1.contains("bcf")); // false, 不能有間隔
  

• 比較兩個 String 是否完全相同 (每一個 character)

  • 採 case sensitive: str1.equals(str2)
  • 採 case insensitive: str1.equalsIgnoreCase(str2)
  Java

  // String.equals.()
  Boolean res1 = "abc".equals("abc"); // true
  Boolean res2 = "ABC".equals("abc"); // false
  
  // String.equalsIgnoreCase.()
  Boolean res3 = "abc".equalsIgnoreCase("abc"); // true
  Boolean res4 = "ABC".equalsIgnoreCase("abc"); // true
  

• 比較兩個 String 的字符順序 (lexicographically)

  • 字符順序 = (每個 character 的) Unicode 值的編碼順序
  • 用法 1: 比較字典順序
    • 回傳 str1, str2 之間的字符順序的差距，比較 str1, str2 之間的第一個不相同的 character 的字符順序
      • 若 str1 comes before str2: 回傳負值 (< 0)
      • 若 str1 & str2 are same: 回傳 0
      • 若 str1 comes after str2: 回傳正值 (> 0)
  • 用法 2: 若 str1 是 str2 的前綴的情況
    • 回傳 str1, str2 兩個字串長度的差值: str1.length() - str2.length()
  • 採 case sensitive: str1.compareTo(str2)
  • 採 case insensitive: str1.compareToIgnoreCase(str2)
  Java

  String str1 = "hello";
  String str2 = "hello";
  String str3 = "heck";
  String str4 = "hello world";
  
  // 用法 1 (字典順序): 當兩個字串不相等時，比較的是字元的 Unicode 值
  // 例如:str1 和 str3 的比較首先會比較第一個不同的字元（'l' 和 'c'），由於 'l' 的 Unicode 值大於 'c' 的，因此返回一個正值
  System.out.println(str1.compareTo(str3));  // 9 (正值)
  
  // 用法 2 (長度問題): 當一個字串是另一個字串的前綴時，比較結果基於長度差異
  // 例如: str1 和 str4 的比較。str1 較短，所以返回一個負值，其值通常是兩個字串長度的差
  System.out.println(s1.compareTo(s4));  // -6 (負值)
  
  // 因為 str1 和 str2 完全相同
  System.out.println(str1.compareTo(str2));  // 0
  

參考資料¶

• GeeksForGeeks-Strings in Java

• GeeksForGeeks-String constant pool in Java

• Java-String intern()

• GeeksForGeeks-String class in Java

• GeeksForGeeks-String vs. StringBuffer vs. StringBuilder in Java

StringBuffer¶

基本概念¶

• StringBuffer = char[]
• 可變的(mutable): 方便修改字串值，而不需每次都要建立新的字串
• thread-safe: 因此，常用於 multi-threaded 程式

建立 StringBuffer¶

// 法 1: 建立一個空的 StringBuffer，初始容量為 16
StringBuffer buffer1 = new StringBuffer();
// 法 2: 使用字串建立 StringBuffer
StringBuffer buffer2 = new StringBuffer("Java");
// 法 3: 建立一個指定容量的 StringBuffer
StringBuffer buffer3 = new StringBuffer(50);

基本操作¶

• 取得當前 StringBuffer 的容量

  • 預設為 16 個 character
  Java

  StringBuffer sb = new StringBuffer();
  System.out.println(sb.capacity()); // 預設為 16 個 character 的容量
  
  sb.append("hello");
  System.out.println(sb.capacity()); // 容量不會受到影響
  

• 計算當前 StringBuffer 的元素數

  • 預設為 0
  Java

  StringBuffer sb = new StringBuffer();
  System.out.println(sb.length()); // 0
  
  sb.append("hello");
  System.out.println(sb.length()); // 5
  

• 附加新字串到原字串的最後面

  • 會影響到原字串
  Java

  StringBuffer sb = new StringBuffer("hello ");
  sb.append("world"); // 會影響到原本字串
  
  System.out.println(sb); // "hello world"
  

• 插入新字串到指定 index 位置

  • 會影響到原字串
  Java

  StringBuffer sb = new StringBuffer("hello ");
  sb.insert(1, "bbb"); // 會影響到原本字串
  
  System.out.println(sb); // "hbbbello"
  

• 於指定 index 範圍，替換為新字串

  • 會影響到原字串
  • 指定 index 範圍: beginIndex ~ endIndex (包含 beginIndex， 但不包含 endIndex)
  Java

  StringBuffer sb = new StringBuffer("abcde");
  sb.replace(1, 3, "java"); // 表示要將 'e', 'l' 的 index 位置，替換成 "java"
  
  System.out.println(sb); // "ajavade"
  

• 於指定 index 範圍，刪除 substring

  • 會影響到原字串
  • 指定 index 範圍: beginIndex ~ endIndex (包含 beginIndex， 但不包含 endIndex)
  Java

  StringBuffer sb = new StringBuffer("abcde");
  sb.delete(1, 3); // 表示要刪除 "bc"
  
  System.out.println(sb); // "ade"
  

• 反轉 StringBuffer

  • 會影響到原字串
  Java

  StringBuffer sb = new StringBuffer("hello");
  sb.reverse();
  
  System.out.println(sb); // olleh
  

參考資料¶

• GeeksForGeeks-StringBuffer class in Java

StringBuilder¶

基本概念¶

• 從 Java SE 5.0 後，推出 StringBuilder 類別

  • 相較 StringBuffer 類別，StringBuilder 類別執行效能更快，但不保證同步性(synchronization)

• StringBuilder = char[]

• 非 thread-safe: 因此，常用於 single-threaded 程式

建立 StringBuilder¶

// 法 1: 建立一個空的 StringBuilder，初始容量為 16
StringBuilder sb1 = new StringBuilder();
// 法 2: 使用字串建立 StringBuffer
StringBuilder sb2 = new StringBuilder("Java");
// 法 3: 建立一個指定容量的 StringBuffer
StringBuilder sb3 = new StringBuilder(50);

基本操作¶

• 取得當前 StringBuilder 的容量

  • 預設為 16 個 character
  Java

  StringBuilder sb = new StringBuilder();
  System.out.println(sb.capacity()); // 預設為 16 個 character 的容量
  
  sb.append("hello");
  System.out.println(sb.capacity()); // 容量不會受到影響
  

• 計算當前 StringBuffer 的元素數

  • 預設為 0
  Java

  StringBuilder sb = new StringBuilder();
  System.out.println(sb.length()); // 0
  
  sb.append("hello");
  System.out.println(sb.length()); // 5
  

• 將 StringBuilder 類別，轉換成 String 類別

  Java

  StringBuilder sb = new StringBuilder("abc");
  System.out.println(sb.getClass()); // class java.lang.StringBuilder
  
  String str = sb.toString();
  System.out.println(str.getClass()); // class java.lang.String
  

• 根據指定 index 位置，取得 character

  Java

  StringBuilder sb = new StringBuilder("abcde");
  System.out.println(sb.charAt(2)); // 'c'
  

• 找出指定 substring 於字串中 第一次出現 的 index 位置

  • 參數 substring 是 case sensitive
  • 若未搜尋到，回傳 -1
  Java

  StringBuilder sb = new StringBuilder("A learns and B learns");
  System.out.println(sb.indexOf("learns"));  // 2
  System.out.println(sb.indexOf("AND")); // -1
  

• 找出指定 substring 於字串中 最後一次出現 的 index 位置

  • 參數 substring 是 case sensitive
  • 若未搜尋到，回傳 -1
  Java

  StringBuilder sb = new StringBuilder("abcabc");
  System.out.println(sb.lastIndexOf("ab")); // 3
  System.out.println(sb.lastIndexOf("c")); // 5 (注意! 參數型別必須是 String，因此若要搜尋 character，仍然必需用雙引號 "")
  

• 給定 index 範圍，切割出 substring

  • index 從 0 開始
  • 不包含末項 index 的值
  Java

  StringBuilder sb = new StringBuilder("abcdef");
  System.out.println(sb.substring(2, 4)); // "cd"
  

• 附加新字串到原字串的最後面

  • 會影響到原字串
  Java

  StringBuilder sb = new StringBuilder("hello ");
  sb.append("world"); // 會影響到原本字串
  
  System.out.println(sb); // "hello world"
  

• 插入元素到指定 index 位置

  Java

  StringBuilder sb = new StringBuilder("aaa");
  sb.insert(1, 'b');
  System.out.println(sb); // "abaa"
  
  sb.insert(2, "cd");
  System.out.println(sb); // "abcdaa"
  

• 於指定 index 範圍，替換為新字串

  • 會影響到原字串
  • 指定 index 範圍: beginIndex ~ endIndex (包含 beginIndex， 但不包含 endIndex)
  Java

  StringBuilder sb = new StringBuilder("abcdefg");
  sb.replace(1, 3, "x"); // 表示要將 'b', 'c' 的 index 位置，替換成 "x"
  
  System.out.println(sb); // "axdefg"
  

• 於指定 index 範圍，刪除 substring

  • 會影響到原字串

  • 指定 index 範圍: beginIndex ~ endIndex (包含 beginIndex， 但不包含 endIndex)

  Java

  StringBuilder sb = new StringBuilder("abcde");
  sb.delete(1, 3); // 表示要刪除 "bc"
  
  System.out.println(sb); // "ade"
  

參考資料¶

• GeeksForGeeks-StringBuilder class in Java

參考資料¶

• Developer Roadmaps-Java Developer