Java字符串操作实战指南
实验项目二 基于字符串的专项实验
一、实验目的
1、掌握字符串的多种创建方式，理解不同创建方式在内存中的存储差异；
2、熟练运用字符串的常见方法（如截取、查找、替换等），掌握字符串操作的核心技巧；
3、深入理解字符串的底层实现原理（如不可变性、常量池等），提升代码优化能力。
二、实验内容与步骤
2.1 验证性实验
1、调试下面的程序，分析程序的功能和运行结果并添加代码注释。
import java.util.Scanner; public class LetterCount { public static void main(String[] args) { Scanner scanner = new Scanner(System.in); System.out.print("请输入一个字符串："); String str = scanner.nextLine(); int count = 0; for (int i = 0; i < str.length(); i++) { char c = str.charAt(i); if (Character.isLetter(c)) { // 判断是否为字母 count++; } } System.out.println("字符串中字母的个数为：" + count); scanner.close(); } } |
2、调试下面的程序，并分析程序的功能和运行结果并添加代码注释。
public class EmailHandler { public static void main(String[] args) { String email = "zhangmj@zparkhr.com"; int atIndex = email.indexOf('@'); if (atIndex != -1) { String username = email.substring(0, atIndex); System.out.println("邮箱用户名：" + username); } else { System.out.println("邮箱格式错误，无@符号"); }
boolean hasAt = email.contains("@"); boolean hasDot = email.contains("."); int lastDotIndex = email.lastIndexOf('.'); boolean isDotAfterAt = hasAt && hasDot && (lastDotIndex > atIndex);
if (hasAt && hasDot && isDotAfterAt) { System.out.println("邮箱格式合法"); } else { System.out.println("邮箱格式不合法"); } } } |
3、调试下面的程序，并分析程序的功能和运行结果并添加代码注释。
import java.util.Random; public class RandomCharPicker { public static void main(String[] args) { String source = "ABCDEFGhijklmn1234567"; Random random = new Random(); StringBuilder sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 4; i++) { // 生成0到字符串长度-1的随机索引 int index = random.nextInt(source.length()); char c = source.charAt(index); sb.append(c); // 拼接字符 }
System.out.println("随机拼接的字符串：" + sb.toString()); } } |
4、调试下面的程序，并分析程序的功能和运行结果并添加代码注释。
import java.util.Scanner; public class StringReverse { public static void main(String[] args) { Scanner scanner = new Scanner(System.in); System.out.print("请输入一个字符串："); String str = scanner.nextLine(); StringBuilder sb = new StringBuilder(str); String reversedStr = sb.reverse().toString(); // 利用StringBuilder的reverse方法 System.out.println("反转后的字符串：" + reversedStr); scanner.close(); } } |
5、调试下面的程序，并分析程序的功能和运行结果并添加代码注释。
public class DigitCount { public static void main(String[] args) { String digitStr = "1239586838923173478943890234092"; int[] counts = new int[10]; // 索引0-9对应数字0-9的次数 or (int i = 0; i < digitStr.length(); i++) { char c = digitStr.charAt(i); int digit = c - '0'; counts[digit]++; }
for (int i = 0; i < counts.length; i++) { System.out.println("数字" + i + "出现的次数：" + counts[i]); } } } |
6、调试下面的程序，并分析程序的功能和运行结果并添加代码注释。
import java.util.Scanner; public class CharReplace { public static void main(String[] args) { Scanner scanner = new Scanner(System.in); System.out.print("请输入字符串："); String str = scanner.nextLine(); System.out.print("请输入要替换的字符："); char oldChar = scanner.next().charAt(0); System.out.print("请输入替换后的字符："); char newChar = scanner.next().charAt(0);
StringBuilder sb = new StringBuilder(); for (int i = 0; i < str.length(); i++) { char c = str.charAt(i); if (c == oldChar) { sb.append(newChar); } else { sb.append(c); } }
System.out.println("替换后的字符串：" + sb.toString()); scanner.close(); } } |
2.2 自主设计性实验
7、编程字符串中单词个数统计。要求：输入一个英文句子（单词之间用空格分隔，标点符号与单词相连，如 “Hello, world! This is a test.”），统计句子中单词的个数（忽略标点符号，仅以空格分隔判断单词）。
提示：可先去除字符串中的标点符号，再以空格分割字符串，统计非空元素的个数。
Scanner输入中 nextLine() 方法可以接受输入空格！
8、编程实现手机号格式校验与处理。要求：设计程序实现手机号的格式校验，规则如下：
（1）长度为 11 位；
（2）以 1 开头；
（3）第二位为 3、4、5、7、8 中的一个。
校验通过后，将号码中间 4 位替换为 “xxxx”（如 “13812345678” 处理为 “138xxx5678”）。
9、编程实现字符串中最长连续相同字符统计。要求：输入一个字符串，找出其中最长的连续相同字符及其长度。例如，字符串 “aabbbccddddd” 中，最长连续字符为 “d”，长度为 5。
10、编程实现两个字符串的公共前缀查找。要求：输入两个字符串，查找它们的最长公共前缀。例如，“flower” 和 “flow” 的公共前缀为 “flow”；“dog” 和 “racecar” 的公共前缀为 “”（空字符串）。
11、编程实现密码强度检测。要求：设计程序检测密码强度，规则如下：
（1）长度≥8 位；
（2）包含大小写字母、数字、特殊符号（如！@#$%）中的至少三种；
满足以上条件为 “强密码”，仅满足（1）为 “中密码”，否则为 “弱密码”。输入密码后，输出对应的强度等级。
12、编程实现字符串编码转换。要求：实现字符串的简单编码转换，规则为：将每个字符的 ASCII 值加 3 后转换为新字符（如 'a'→'d'，'5'→'8'），编码后的字符串需保留原字符串的长度和格式。编写解码方法，将编码后的字符串还原为原字符串。
三、实验设备（材料）
3.1 计算机设备
操作系统：建议使用 Windows或 macOS 等主流操作系统，确保系统稳定且已安装 Java 开发环境（JDK），JDK 版本建议为Java8、Java 17 或Java 21。
处理器：具备基本的计算处理能力，能够流畅运行 Java 程序。一般来说，普通的笔记本电脑或台式机处理器均可满足需求，如英特尔酷睿系列或 AMD 锐龙系列处理器。
内存：至少 8GB 及以上的内存，以保证在编译和运行 Java 程序时系统不会因内存不足而出现卡顿或异常。
3.2 开发工具
集成开发环境（IDE）：推荐使用 IntelliJ IDEA专业的 Java 开发工具，这些 IDE 提供了代码编辑、编译、调试等功能，能够极大地提高开发效率。当然，也可以使用简单的文本编辑器（如 Notepad++、Sublime Text 等）结合命令行工具进行 Java 开发，但对开发者的要求相对较高。
Java 开发工具包（JDK）：作为 Java 开发的核心工具包，包含了 Java 编译器（javac）、Java 运行时环境（JRE）等必要的工具和库。确保 JDK 已正确安装并配置好环境变量，以便在命令行或 IDE 中能够正常使用 Java 相关命令。
3.3 其他辅助工具
文档编辑器：用于记录实验过程、回答思考题等，如 Microsoft Word、WPS 文字处理软件等。
截图工具：用于截取程序代码和运行结果图。
四、实验注意事项
4.1 代码编写规范
严格遵循 Java 的命名规范，类名、方法名、变量名等应具有明确的含义，采用驼峰命名法，增强代码的可读性。例如，类名首字母大写，方法名和变量名首字母小写。
注意代码的缩进和排版，保持代码的整洁和美观。一般来说，使用 4 个空格或一个制表符进行缩进，使代码结构清晰，易于理解和维护。
合理添加注释，对关键代码、复杂逻辑或重要步骤进行详细解释，方便自己和他人阅读代码。注释可以使用单行注释（//）或多行注释（/* ... */）。
4.2 输入输出处理
在读取输入时，要注意处理可能出现的异常情况，如输入格式错误、输入数据超出范围等。可以使用异常处理机制（try-catch 语句）来捕获和处理这些异常，避免程序因输入错误而崩溃。
输出结果时，要严格按照实验要求的格式进行输出，包括换行符、空格等的使用。例如，本题要求每个名字占一行输出，务必确保输出格式正确，否则可能导致测试不通过。
4.3 编译与运行
在编译 Java 程序之前，确保代码中没有语法错误。可以使用 IDE 提供的语法检查功能或通过命令行使用javac命令进行编译。如果编译过程中出现错误，仔细阅读错误信息，定位并修正代码中的问题。
运行程序时，要注意程序的运行环境和输入数据的正确性。可以使用不同的测试用例进行测试，确保程序在各种情况下都能正常运行并得到正确的结果。
4.4 资源管理
在使用Scanner等资源时，要注意及时关闭资源，避免资源泄漏。可以在程序结束时调用scanner.close()方法关闭Scanner对象。
对于使用的其他资源（如文件、网络连接等），同样要遵循资源管理的原则，在不再使用时及时释放资源，保证程序的性能和稳定性。
4.5 实验记录与提交
在实验过程中，要认真记录实验步骤、遇到的问题及解决方法等关键信息。这些记录有助于自己回顾和总结实验过程。
实验成果提交要确保代码截图清晰、源码规范，并对实验结果进行详细的分析和总结。
五、思考题
1、字符串的==与equals方法有什么区别？为什么String类要重写equals方法？结合字符串常量池分析以下代码的输出结果：
String s1 = "abc";
String s2 = new String("abc");
String s3 = s2.intern(); // 从串池中获取字符串
System.out.println(s1 == s2);
System.out.println(s1 == s3);
- 简述String、StringBuilder和StringBuffer的区别？
- 字符串的不可变性有什么优点？在需要频繁修改字符串的场景下，如何避免因不可变性导致的性能问题？
4、分析以下代码的执行效率，说明原因并给出优化方案：
String str = "";
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
str += i;
}