Java 字符串连接运算符干了什么？

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发布于: 2020 年 06 月 24 日
和其他多数程序设计语言一样，Java 语言允许使用 + 连接两个字符串。
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String name = "stephen";
String foo = "Hey, " + name;
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当我们将一个字符串和一个非字符串的值进行拼接时，并不会报错：
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String name = "Stephen";
int age = 25;
String foo = name + age; // 结果为 Stephen25
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其原因是当 + 运算符左右两边有一个值是字符串时，会将另一个值尝试转化为字符串。
字符串转换机制我们在了解字符串连接运算符前，先了解一下字符串转换机制（String Conversion）。
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Any type may be converted to type String by string conversion.
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如果值 x 是基本数据类型 T，那么在字符串转换前，首先会将其转换成一个引用值，举几个例子：
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如果 T 是 boolean 类型的，那么就会用 new Boolean(x) 封装一下；
如果 T 是 char 类型的，那么就会用 new Character(x) 封装一下；
如果 T 是 byte、short、int 类型的，那么就会用 new Integer(x) 封装一下；
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我们知道，对于基本数据类型，Java 都对应有一个包装类（比如 int 类型对应有 Integer 对象），这样操作以后，每个基础数据类型的值 x 都变成了一个对象的引用。
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为什么这么做？为了统一对待，当我们把基础数据类型转换成对应的包装类的一个实例后，所有的值都是统一的对象引用。
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此时才开始真正进行字符串转换。我们需要考虑两种情况：空值和非空值。
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如果此时的值 x 是 null，那么最终的字符串转换结果就是一个字符串 null；
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否则就会调用这个对象的 toString() 的无参方法。
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前者很好理解，后者我们一起来看看：
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在 Java 所有的父类 Object 中，有一个重要的方法就是 toString 方法，它返回表示对象值的一个字符串。在 Object 类中对 toString 的定义如下：
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public String toString() {
    return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
}
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该方法返回对象的类名和散列码。如果类没有重写 toString 方法，默认就会调用它的父类的 toString 方法，而此时我们的值 x 统一都是对象值，所以一定有 toString 方法可以调用并打印出值（也有个特殊，如果调用 toString 返回的值是一个 null 值，那么就会用字符串 null 代替）。
字符串连接符当 + 运算符左右两边参与运算的表达式的值有一个为字符串时，那么在程序运行时会对另一个值进行字符串转换。
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这里需要注意的是 + 运算符同时作为算术运算符，在含有多个值参与运算的时候，要留意优先级，比如下面这个例子：
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String a = 1 + 2 + " equals 3";
String b = "12 eqauls " + 1 + 2;
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变量 a 的结果是 3 equals 3，变量 b 的结果是 12 equals 12。
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有些人这里可能会有疑问，解释一下，第一种情况根据运算优先级是先计算 1+2 那么此时的 + 运算符是算术运算符，所以结果是 3，然后再和 " equals 3" 运算，又因为 3 + " equals 3" 有一个值为字符串，所以 + 运算符是字符串连接运算符。
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在运行时，Java 编译器一般会使用类似 StringBuffer/StringBuilder 这样带缓冲区的方式来减少通过执行表达式时创建的中间 String 对象的数量，从而提高程序性能。
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我们可以用 Java 自带的反汇编工具 javap 简单的看一下：
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假设有如下这段代码：
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public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 10;
        String words = "stephen" + i;
    }
}
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然后编译，再反汇编一下：
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javac Demo.java
javap -c Demo
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可以得到如下内容：
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Compiled from "Demo.java"
public class Demo {
  public Demo();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return
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  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: bipush        10
       2: istore_1
       3: new           #2                  // class java/lang/StringBuilder
       6: dup
       7: invokespecial #3                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
      10: ldc           #4                  // String stephen
      12: invokevirtual #5                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      15: iload_1
      16: invokevirtual #6                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
      19: invokevirtual #7                  // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
      22: astore_2
      23: return
}
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我们可以发现，Java 编译器在执行字符串连接运算符所在表达式的时候，会先创建一个 StringBuilder 对象，然后将运算符左边的字符串 stephen 拼接（append）上去，接着在拼接右边的整型 10，然后调用 StringBuilder 的 toString 方法返回结果。
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如果我们拼接的是一个对象呢？
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public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Demo obj = new Demo();
        String words = obj + "stephen";
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "App{}";
    }
}
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一样的做法，我们会发现此时 Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/Object;) 也就是 StringBuilder 调用的是 append(Object obj) 这个方法，我们查看 StringBuilder 类的 append 方法：
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public StringBuilder append(Object obj) {
    return append(String.valueOf(obj));
}
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而 String.valueOf(obj) 的实现代码如下：
public static String valueOf(Object obj) {
    return (obj == null) ? "null" : obj.toString();
}
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也就是会调用对象的 toString() 方法。
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可能到这里大家会有一个疑问：上面不是说字符串转换对于基本类型是先转换成对应的包装类，然后调用它的 toString 方法吗，这边怎么都是调用 StringBuilder 的 append 方法了呢？
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实现方式不同，其实是本质上是一样的，只不过为了提高性能（减少创建中间字符串等的损耗），Java 编译器采用 StringBuilder 来做。感兴趣的可以自己去追踪下 Integer 包装类的 toString 方法，其实和 StringBuilder 的 append(int i) 方法的代码是几乎一样的。
参考链接String Concatenation Operator +
String Conversion
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