Java toString() 方法深度解析：集合、Map、StringBuilder 等核心類實現原理

問題背景

項目中需將 ArrayList<ArrayList<Integer>> 轉為格式化字符串：[[1,2,3],[2,3,5]] → "[1,2,3]#[2,3,5]"。直接調用 toString() 發現輸出為 [1, 2]#[2, 3]（逗號後有空格），不符合預期。

Collection.toString() 源碼分析

@Override
public String toString() {
    if (isEmpty()) return "[]";
    
    StringBuilder buffer = new StringBuilder(size() * 16);
    buffer.append('[');
    Iterator<?> it = iterator();
    while (it.hasNext()) {
        Object next = it.next();
        if (next != this) {
            buffer.append(next);
        } else {
            buffer.append("(this Collection)");
        }
        if (it.hasNext()) {
            buffer.append(", ");  // 關鍵：逗號+空格分隔
        }
    }
    buffer.append(']');
    return buffer.toString();
}

關鍵發現

• 元素間固定使用 ", "（逗號+空格）分隔
• 自引用檢測：若元素是集合本身，輸出 (this Collection) 避免無限遞歸

驗證自引用行為

ArrayList<Object> c = new ArrayList<>();
c.add(1);
c.add(2);
c.add(c); // 將集合加入自身
System.out.println(c); // 輸出: [1, 2, (this Collection)]

解決方案

無法修改 JDK 源碼時，可後處理字符串：

String result = list.toString().replaceAll(" ", "");
// "[1, 2]#[2, 3]" → "[1,2]#[2,3]"

核心類 toString() 實現對比

Object 基類

public String toString() {
    return getClass().getName() + '@' + Integer.toHexString(hashCode());
}
// 輸出示例: java.lang.Object@e23e786

未重寫時返回：類全名 + @ + 哈希碼十六進制

String / StringBuilder / StringBuffer

選擇建議

• 單線程大量拼接：StringBuilder
• 多線程環境：StringBuffer

Map.toString() 實現

public String toString() {
    Iterator<Entry<K,V>> i = entrySet().iterator();
    if (!i.hasNext()) return "{}";
    
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    sb.append('{');
    for (;;) {
        Entry<K,V> e = i.next();
        K key = e.getKey();
        V value = e.getValue();
        sb.append(key == this ? "(this Map)" : key);
        sb.append('=');
        sb.append(value == this ? "(this Map)" : value);
        if (!i.hasNext()) return sb.append('}').toString();
        sb.append(',').append(' '); // 同樣使用逗號+空格
    }
}

輸出格式：{key1=value1, key2=value2}

最佳實踐總結

1. 理解各類 toString() 默認格式（特別是分隔符）
2. 自定義類務必重寫 toString() 提供業務含義
3. 需要特定格式時，後處理或手動構建字符串
4. 調試時善用 IDE 的 toString 生成功能