Java의 String

0. 학습 목적

• String은 불변 객체임을 이해한다.
• 유용한 String 클래스 함수를 알아둬서 알고리즘 문제를 풀 때 적용한다.

1. String의 특징 : 불변성

String 객체의 가장 큰 특징은 불변성이 보장 되는 객체 라는 것이다.

(1) final 클래스로 선언됨

final 클래스로 선언되어 있어서 상속이 불가능하다.

(2) 값을 담는 멤버 변수도 private final 임

String 문자열의 실질적 값을 담는 byte 배열도 private final로 선언되어 있다. 이 때문에, String 객체가 한 번 선언되면, 이후 새로운 값을 재할당 할 수 없다.

(3) 그렇다면 문자열 변경 코드나 함수는 어떻게 작동할까?

원래의 String 객체에 값이 추가되는 것이 아니라, 새로운 String 객체가 만들어진다. 기존의 변수는 새로운 String 객체를 가리키도록 객체 주소를 바꾼다.

String str1 = "HELLO";
str1 += "WORLD";

이 경우 기존 "HELLO" 객체에 "WORLD" 가 추가되는 것이 아니라, "HELLO WORLD" 라는 새로운 객체가 만들어지고, str1은 해당 새로운 객체의 주소를 가리키게 된다.

이는 문자열에 대한 변경을 가하는 String 내부 함수 모두에게 적용된다. (즉 subString(), replace() 함수 모두 원래의 객체에 변경이 가해지는 것이 아니라, 잘려진 문자열 객체 혹은 대체 단어가 들어간 문자열 객체를 새롭게 만들어 반환하는 것이다.)

2. String은 어떻게 저장될까?

Java 8 버전까지는 문자열을 String 객체 내부적으로 char [] 배열로 저장했지만, Java9 부터는 byte[] 배열로 저장한다.

문자열을 byte [] 배열로 변환하여 저장하고, 호출 시 다시 문자열로 변환하여 전송하는 매커니즘 이해를 위해서는 다음 핵심 필드들에 대한 이해가 필요하다.

@Stable
private final byte[] value;    // 문자 저장을 위한 바이트 배열
private final byte coder;      // 인코딩 방식 식별자

(1) coder

문자열을 어떤 방식으로 인코딩하여 byte 배열로 만들건지를 식별하는 변수이다.

• coder = 0
  : LATIN1 방식을 활용해 문자들을 저장 하겠다는 말이다.
  LATIN1방식은 문자열에 쓰인 모든 문자가 유니코드 상 0 ~ 255 범위 안 일 때, (즉 숫자와 영어, 기본 문자로 표현 가능 일 때) 사용 할 수 있는 방식으로, char의 하위 8 bit를 1byte로 byte [] value 에 저장한다. 따라서 모든 문자를 1byte 단위로 value 배열에 저장한다.
• coder = 1
  : UTF16 방식을 활용해 문자들을 저장 하겠다는 말이다.
  UTF16 방식은 0~255 이외의 유니코드 문자 포함 시 사용하는 방식으로 2byte 당 1 개의 문자다. 즉 LATIN1 방식보다 byte 배열이 2배 더 필요하게 된다.

(2) 문자열 <-> byte [] 배열 매커니즘

1. 문자열 객체 생성 시
   • 문자열을 스캔하여 모든 문자가 유니코드 상 0~255번 사이의 문자로 표현 가능한지 확인한다.
   • 되면 LATIN1 방식으로 1byte = 1 문자 단위로 byte 배열에 저장. 안되면 2byte = 1문자 단위로 byte 배열에 저장
2. 문자열 객체에서 문자열 객체를 반환할 시
   • 위의 과정과 똑같이 진행된다. (객체의 coder 확인 => 그것에 맞게 byte => 문자로 변환 뒤 합치기)

3. String의 저장 위치

String은 String Constant Pool 이라는 곳에 저장된다.
자세한 설명은 해당 글에서 더 자세히 하겠다.

4. 부분 문자열의 위치 찾기

(1) A.indexOf(B)

A라는 문자열을 0번 index부터 순차적으로 확인했을 때, B라는 문자열이 나오는 첫 위치를 반환한다.
만약에 A라는 문자열 내에 B라는 문자열이 없다면 -1을 반환한다.

String str = "Hello World";
int index = str.indexOf("World"); // index == 6;
int index2 = str.indexOf("o"); // index2 == 4; 

(2) A.lastIndexOf(B)

A라는 문자열 내에서 B라는 문자열이 나오는 마지막 위치를 반환한다.
B가 A 내부에 없으면 -1 반환

String str = "Hello World";
int index = str.lastIndexOf("o"); // index == 7

5. 문자열 나누기

(1) A.subString()

A의 부분 문자열 분리 후 반환

가. A.subString(int a)

A라는 문자열을 a부터 마지막까지를 잘라서 반환한다.

String str = "Hello World";
String sub1 = str.substring(6);        // "World"

나. A.subString(int a, int b)

A라는 문자열을 a부터 b-1까지 잘라서 반환한다.

String str = "Hello World";
String sub2 = str.substring(0, 5);     // "Hello"

(2) A.split(B)

A라는 문자열을 B라는 문자열을 기준으로 전부 나눈다. (B라는 문자열은 분할에서 미 포함됨.)

String str = "apple,banana,orange";
String[] arr = str.split(",");         // ["apple", "banana", "orange"]

특징은 다음과 같다.

1. 덩어리 구분자가 가능하다. -> 똑같은 문자열 분리가 가능한 객체인 StringTokenzier와의 차이점이다.
2. 인수로 정규 표현식을 쓸 수 있다.

(1) 덩어리 구분자가 가능

StringTokenizer는 delim이 되는 문자열을 덩어리 채로 분할 할 수 없지만, String.split은 가능하다.

String str = "apple<div>banana<div>orange"
String [] arr = str.split("<div>"); // ["apple", "banana", "orange"];
StringTokenizer st = new StringTokenizer(str, "<div>", false); // "<", "d", "i", "v", ">" 모두가 구분자가 되어서 쪼개져서 나온다.

str.split("<div>")의 경우 <div> 자체가 구분자가 되어 문자열을 나눈다. 하지만 StringTokenzier(str, "<div>", false) 는 두 번째 인자인 delim 문자열의 문자 하나 하나가 구분자가 되기 때문에 <, d, i, v, > 만날 때마다 모두 잘려서 나온다.

6. 문자열 대체

(1) A.replace(String a, String b)

A라는 문자열에서 만난 모든 문자열 a를 문자열 b로 교체해준다.

String str = "Hello World Hello World";
String replaced = str.replace("World", "Java");    // "Hello Java Hello Java"

(2) A.replaceAll(String a, String b)

replace() 함수와 똑같지만 차이점은 문자열 a부분에 정규 표현식을 쓸 수 있다는 것이다.

String html = "<p>Hello <b>World</b></p>";
String cleaned = html.replaceAll("<[^>]*>", "");   // "Hello World"

7. 문자열 비교

(1) A.equals(B)

A와 B가 같은지 비교. 같으면 true, 아니면 false

(2) A.equalsIgnoreCase(B)

A와 B가 대소문자 관계없이 같은지 비교. 같으면 true, 아니면 false

(3) A.startWith(B), A.endWith(B)

• A가 B로 시작하면 true, 아니면 false
• A가 B로 끝나면 true, 아니면 false

(4) A.contains(B)

A가 B를 포함하면 true, 아니면 false

8. 공백 제거

(1) A.trim()

A 문자열의 앞 뒤 공백 제거

String str = "  Hello World  ";
String trimmed = str.trim();                      // "Hello World"

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부록

A. 모르는 단어 정리

• throughout
  : … 내내, … 동안
  He was widely known throughout his whole career.
  (그는 그의 전체 커리어 내내 널리 알려져 있었다.)
• reside
  : 살다. 거주하다.

B. 참고 문서

• String constant Pool in Java

C. 관련 글

수민 위키