Java 字符串连接运算符内部运算机制解析

和其他多数程序设计语言一样，Java 语言允许使用 + 连接两个字符串。

String name = "stephen";
String foo = "Hey, " + name;

当我们将一个字符串和一个非字符串的值进行拼接时，并不会报错：

String name = "Stephen";
int age = 25;
String foo = name + age; // 结果为 Stephen25

其原因是当 + 运算符左右两边有一个值是字符串时，会将另一个值尝试转化为字符串。

字符串转换机制

我们在了解字符串连接运算符前，先了解一下字符串转换机制（String Conversion）。

Any type may be converted to type String by string conversion.

如果值 x 是基本数据类型 T，那么在字符串转换前，首先会将其转换成一个引用值，举几个例子：

如果 T 是 boolean 类型的，那么就会用 new Boolean(x) 封装一下；如果 T 是 char 类型的，那么就会用 new Character(x) 封装一下；如果 T 是 byte、short、int 类型的，那么就会用 new Integer(x) 封装一下；

我们知道，对于基本数据类型，Java 都对应有一个包装类（比如 int 类型对应有 Integer 对象），这样操作以后，每个基础数据类型的值 x 都变成了一个对象的引用。

为什么这么做？为了统一对待，当我们把基础数据类型转换成对应的包装类的一个实例后，所有的值都是统一的对象引用。

此时才开始真正进行字符串转换。我们需要考虑两种情况：空值和非空值。

如果此时的值 x 是 null，那么最终的字符串转换结果就是一个字符串 null；

否则就会调用这个对象的 toString() 的无参方法。

前者很好理解，后者我们一起来看看：

在 Java 所有的父类 Object 中，有一个重要的方法就是 toString 方法，它返回表示对象值的一个字符串。在 Object 类中对 toString 的定义如下：

public String toString() {
    return getClass().getName() + "@" + Integer.toHexString(hashCode());
}

该方法返回对象的类名和散列码。如果类没有重写 toString 方法，默认就会调用它的父类的 toString 方法，而此时我们的值 x 统一都是对象值，所以一定有 toString 方法可以调用并打印出值（也有个特殊，如果调用 toString 返回的值是一个 null 值，那么就会用字符串 null 代替）。

字符串连接符

当 + 运算符左右两边参与运算的表达式的值有一个为字符串时，那么在程序运行时会对另一个值进行字符串转换。

这里需要注意的是 + 运算符同时作为算术运算符，在含有多个值参与运算的时候，要留意优先级，比如下面这个例子：

String a = 1 + 2 + " equals 3";
String b = "12 eqauls " + 1 + 2;

变量 a 的结果是 3 equals 3，变量 b 的结果是 12 equals 12。

有些人这里可能会有疑问，解释一下，第一种情况根据运算优先级是先计算 1+2 那么此时的 + 运算符是算术运算符，所以结果是 3，然后再和 “ equals 3” 运算，又因为 3 + “ equals 3” 有一个值为字符串，所以 + 运算符是字符串连接运算符。

在运行时，Java 编译器一般会使用类似 StringBuffer/StringBuilder 这样带缓冲区的方式来减少通过执行表达式时创建的中间 String 对象的数量，从而提高程序性能。

我们可以用 Java 自带的反汇编工具 javap 简单的看一下：

假设有如下这段代码：

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 10;
        String words = "stephen" + i;
    }
}

然后编译，再反汇编一下：

javac Demo.java
javap -c Demo

可以得到如下内容：

Compiled from "Demo.java"
public class Demo {
  public Demo();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #1                  // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return

  public static void main(java.lang.String[]);
    Code:
       0: bipush        10
       2: istore_1
       3: new           #2                  // class java/lang/StringBuilder
       6: dup
       7: invokespecial #3                  // Method java/lang/StringBuilder."<init>":()V
      10: ldc           #4                  // String stephen
      12: invokevirtual #5                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/StringBuilder;
      15: iload_1
      16: invokevirtual #6                  // Method java/lang/StringBuilder.append:(I)Ljava/lang/StringBuilder;
      19: invokevirtual #7                  // Method java/lang/StringBuilder.toString:()Ljava/lang/String;
      22: astore_2
      23: return
}

我们可以发现，Java 编译器在执行字符串连接运算符所在表达式的时候，会先创建一个 StringBuilder 对象，然后将运算符左边的字符串 stephen 拼接（append）上去，接着在拼接右边的整型 10，然后调用 StringBuilder 的 toString 方法返回结果。

如果我们拼接的是一个对象呢？

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        Demo obj = new Demo();
        String words = obj + "stephen";
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "App{}";
    }
}