灵魂拷问：Java 的 substring() 是如何工作的？(Java substring() 函数原理深度解析：灵魂拷问背后的技术探秘)

一、引言

在Java编程语言中，字符串是一个非常重要的数据结构。字符串的处理涉及到许多常用的方法，其中之一就是substring()方法。该方法允许我们从原始字符串中提取子串。尽管这个方法看起来非常单纯，但其背后的实现原理却值得我们深入探讨。本文将带你深入了解Java中substring()方法是怎样工作的。

二、substring() 方法的基本用法

substring() 方法有两个重载版本：一个接受起始索引，另一个接受起始索引和终止索引。

String str = "Hello, World!";
String sub1 = str.substring(7); // "World!"
String sub2 = str.substring(7, 12); // "World"

三、substring() 方法的工作原理

在Java中，字符串是不可变的。这意味着一旦创建了字符串，就不能更改它。当我们调用substring()方法时，实际上并不是在原始字符串上进行操作，而是创建了一个新的字符串对象。

3.1 substring(int start)

当调用substring(int start)方法时，该方法会创建一个新的字符串对象，并从原始字符串的start索引开端复制字符。以下是substring(int start)方法的基本工作流程：

• 检查start索引是否在字符串范围内。
• 创建一个新的字符数组，长度为原始字符串的长度减去start索引。
• 将原始字符串从start索引开端到字符串末尾的字符复制到新字符数组中。
• 使用新字符数组创建一个新的String对象，并返回。

3.2 substring(int start, int end)

当调用substring(int start, int end)方法时，该方法会创建一个新的字符串对象，并从原始字符串的start索引开端复制字符，直到end索引（不包括end索引）。以下是substring(int start, int end)方法的基本工作流程：

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• 检查start和end索引是否在字符串范围内，并且start是否小于end。
• 创建一个新的字符数组，长度为end索引减去start索引。
• 将原始字符串从start索引开端到end索引之前的字符复制到新字符数组中。
• 使用新字符数组创建一个新的String对象，并返回。

四、substring() 方法性能分析

尽管substring()方法看起来非常单纯，但它的性能却不容忽视。以下是substring()方法的一些性能考虑：

4.1 内存使用

由于substring()方法会创建一个新的字符串对象，所以它会消耗额外的内存。如果原始字符串非常大，而子串相对较小，那么这种方法大概会令内存浪费。

4.2 时间错综度

substring()方法的时间错综度为O(n)，其中n是子串的长度。这是考虑到需要复制n个字符到新的字符数组中。

五、案例分析

下面是一个使用substring()方法的示例代码，我们将分析其工作原理。

public class SubstringExample {
    public static void main(String[] args) {
        String original = "Hello, World!";
        String sub = original.substring(7, 12);
        System.out.println(sub); // 输出: World
    }
}

在这个例子中，当我们调用original.substring(7, 12)时，以下是出现的事情：

1. 检查索引7和12是否在字符串范围内，并且7小于12。
2. 创建一个新的字符数组，长度为12 - 7 = 5。
3. 将原始字符串从索引7到索引11的字符复制到新字符数组中。
4. 使用新字符数组创建一个新的String对象，并将其赋值给变量sub。

六、总结

Java中的substring()方法是一个常用的字符串处理方法，它允许我们从一个字符串中提取子串。尽管这个方法非常单纯，但其背后的实现原理却涉及到了字符串的不可变性、内存使用和性能等方面。通过深入领会substring()方法的工作原理，我们可以更好地使用它，并在必要时避免潜在的性能问题。

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