Java 字符串處理與格式化輸出全攻略：String/StringBuilder/StringBuffer 與 Formatter 實戰

字符串處理是 Java 日常開發最高頻操作。本文系統梳理三大字符串類特性、性能差異、線程安全性，並深度講解格式化輸出的多種方案。

三大字符串類核心對比

String 不可變機制與拼接本質

String s = "a" + 2 + "b" + 2.2;
// 編譯器優化為：
String s = new StringBuilder()
    .append("a").append(2).append("b").append(2.2)
    .toString();
// 產生 1 個 StringBuilder + 1 個 String，而非 4 個 String

但循環中拼接仍會產生大量對象：

// 反例：循環中用 + 
String s = "";
for (int i = 0; i < 10000; i++) s += i;  // 10000 個 StringBuilder + 10000 個 String

// 正例：循環外複用 StringBuilder
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 10000; i++) sb.append(i);
String s = sb.toString();

常用 String 方法速查

• 長度/判空：length()、isEmpty()
• 字符訪問：charAt(index)、toCharArray()、getBytes()
• 比較：equals()、equalsIgnoreCase()、compareTo()、compareToIgnoreCase()
• 查找：indexOf()、lastIndexOf()、contains()、startsWith()、endsWith()
• 截取：substring(begin, end)
• 轉換：toUpperCase()、toLowerCase()、trim()、replace()、replaceAll(regex)
• 分割：split(regex) → 返回 String[]
• 靜態工廠：String.valueOf(obj)、String.format()

注意：split 參數是正則表達式，"a.b".split(".") 會按任意字符分割，需用 split("\\.")。

格式化輸出三大方案

1. PrintStream.format/printf（最常用）

System.out.format("%-3d %-5.3f%n", 1, 2.235235);  // 左對齊寬度3、浮點保留3位
System.out.printf("%-3d %-5.3f%n", 1, 2.235235);  // 同樣效果

2. Formatter 類（靈活輸出目標）

// 輸出到控制台
Formatter f = new Formatter(System.out);
f.format("%-3d %-8.2f %-10s%n", 1, 2.235, "touch");

// 輸出到文件
try (Formatter ff = new Formatter(new FileOutputStream("format.txt"))) {
    ff.format("%-3d %-8.2f %-10s%n", 1, 2.235, "touch");
}

// 輸出到字符串
StringBuilder sb = new StringBuilder();
Formatter f3 = new Formatter(sb);
f3.format("(%d %.2f %s)", 1, 2.235, "touch");
String result = sb.toString();  // "(1 2.24 touch)"

3. String.format（靜態工廠，類 C sprintf）

String s = String.format("(%d %.2f %s)", 1, 2.235, "touch");
// 返回格式化字符串，不直接輸出

常用格式化佔位符速查

寬度/精度語法：%[flags][width][.precision]conversion

• Flags：-左對齊、0補零、+顯示符號、 正數前空格
• Width：最小字符寬度
• Precision：浮點小數位 / 字符串最大長度

實用工具：十六進制查看二進制文件

public class HexUtil {
    public static String format(byte[] data) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < data.length; i++) {
            if (i % 16 == 0) {
                sb.append(String.format("%05x: ", i));
            }
            sb.append(String.format("%02x ", data[i]));
            if (i % 16 == 15) sb.append('\n');
        }
        return sb.toString();
    }
}

總結建議

1. 單線程拼接用 StringBuilder，多線程共享用 StringBuffer
2. 格式化輸出首選 String.format/PrintStream.printf，需輸出到不同目標用 Formatter
3. 避免循環中 + 拼接，外層複用 StringBuilder
4. split 記得轉義正則元字符（. $ ^ { } [ ] | ( ) * + ? \）
5. 大量字符串操作考慮 CharSequence/字節數組，減少對象創建