Java9+正则高效统计子串方法

本文深入探讨了在Java 9及以上版本中，如何利用正则表达式高效统计字符串中特定子串的出现次数，并比较不同子串出现频率。传统方法依赖显式循环，而本文介绍了一种更为简洁高效的方案：通过`java.util.regex.Matcher`类的`results().count()`方法，结合Stream API，无需编写繁琐的循环代码即可实现子串计数。这种方法不仅代码简洁，而且充分利用了Java库的优化，提升了性能。文章将详细解析其核心原理、示例代码，并讨论其优点、适用场景及注意事项，为Java开发者提供一种现代化的子串统计解决方案。

引言：无显式循环的子串计数挑战

在Java编程中，统计一个字符串中某个特定子串的出现次数是一个常见的任务。通常，开发者会倾向于使用for或while循环结合String.indexOf()方法来迭代查找并计数。然而，在某些特定场景下，例如追求代码的极致简洁性、遵循函数式编程范式、或者希望利用Java库中经过高度优化的底层实现时，可能会要求避免使用显式的循环结构。这便引出了一个挑战：如何在不编写循环代码的情况下，高效地完成子串计数和比较。

Java 9+ 解决方案：基于正则表达式的Matcher.results().count()

Java 9及更高版本为java.util.regex.Matcher类引入了一个强大的新特性：results()方法。该方法返回一个Stream，其中每个MatchResult对象代表输入字符串中的一个匹配项。结合Stream API的count()方法，我们可以非常简洁地获取某个正则表达式在字符串中匹配的次数，从而实现无显式循环的子串计数。

核心原理

1. Pattern.compile(regex): 首先，我们需要将目标子串编译成一个Pattern对象。Pattern是正则表达式的编译表示。
2. Pattern.matcher(inputString): 接下来，使用编译好的Pattern对象创建一个Matcher对象，该对象将对给定的输入字符串执行匹配操作。
3. Matcher.results(): 这是Java 9+的关键。它返回一个Stream。这个流包含了所有非重叠的匹配结果。
4. Stream.count(): 最后，对results()返回的流调用count()方法，即可得到匹配项的总数量。

示例代码

以下示例展示了如何使用Matcher.results().count()方法来统计字符串中"cat"和"dog"的出现次数，并比较它们是否相等：

import java.util.regex.Matcher;
import java.util.regex.Pattern;

/**
 * 演示如何在Java 9+中，不使用显式循环来统计字符串中两个子串的出现次数并进行比较。
 */
public class SubstringCounter {

    /**
     * 检查字符串中"cat"和"dog"的出现次数是否相等。
     * 该方法利用Java 9+的正则表达式Matcher.results().count()功能，避免了显式循环。
     *
     * @param s 输入字符串
     * @return 如果"cat"和"dog"的出现次数相等则返回true，否则返回false。
     */
    public static boolean areCountsEqual(String s) {
        // 1. 编译"cat"的正则表达式模式
        Pattern pCat = Pattern.compile("cat");
        // 2. 编译"dog"的正则表达式模式
        Pattern pDog = Pattern.compile("dog");

        // 3. 为输入字符串创建"cat"的匹配器
        Matcher mCat = pCat.matcher(s);
        // 4. 为输入字符串创建"dog"的匹配器
        Matcher mDog = pDog.matcher(s);

        // 5. 使用results().count()获取"cat"的出现次数
        //    results()返回一个Stream<MatchResult>，count()计算流中的元素数量。
        long catCount = mCat.results().count();
        // 6. 使用results().count()获取"dog"的出现次数
        long dogCount = mDog.results().count();

        // 7. 比较两个计数器是否相等
        return (catCount == dogCount);
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("测试字符串 'catdog': " + areCountsEqual("catdog"));         // 预期: true (cat:1, dog:1)
        System.out.println("测试字符串 'catcat': " + areCountsEqual("catcat"));         // 预期: false (cat:2, dog:0)
        System.out.println("测试字符串 '1cat1cadodog': " + areCountsEqual("1cat1cadodog")); // 预期: true (cat:1, dog:1)
        System.out.println("测试字符串 'dogdogcat': " + areCountsEqual("dogdogcat"));     // 预期: false (cat:1, dog:2)
        System.out.println("测试字符串 '': " + areCountsEqual(""));                     // 预期: true (cat:0, dog:0)
        System.out.println("测试字符串 'abc': " + areCountsEqual("abc"));                 // 预期: true (cat:0, dog:0)
        System.out.println("测试字符串 'catdogcatdog': " + areCountsEqual("catdogcatdog")); // 预期: true (cat:2, dog:2)
    }
}

代码解析

• Pattern.compile("cat") 和 Pattern.compile("dog"): 这两行代码分别将字符串 "cat" 和 "dog" 编译成正则表达式模式。对于简单的固定子串匹配，直接使用字符串作为模式即可。
• pCat.matcher(s) 和 pDog.matcher(s): 为输入的字符串 s 创建两个独立的 Matcher 对象，分别用于查找 "cat" 和 "dog"。
• mCat.results().count() 和 mDog.results().count(): 这是核心所在。results()方法返回一个Stream，它代表了所有找到的匹配项。接着，count()方法作为Stream API的一部分，会计算这个流中元素的数量，即子串在原字符串中出现的次数。由于Stream API是内部迭代，这里没有显式的for或while循环。
• return (catCount == dogCount): 最后，比较两个子串的出现次数是否相等，并返回布尔结果。

优点与适用场景

• 简洁性与可读性： 这种方法代码量少，表达意图清晰，避免了手动管理循环变量和索引的复杂性。
• 高效性： java.util.regex包经过高度优化，底层实现通常比手写的循环更高效，尤其是在处理大型字符串时。
• 函数式风格： 结合Stream API，符合现代Java的函数式编程趋势，使代码更具声明性。
• 无显式循环： 完全满足了不使用显式循环的特定需求或代码规范。

注意事项

• Java版本要求： 此方法要求Java 9或更高版本。如果项目仍在使用Java 8或更早版本，则需要采用其他方法（例如，通过String.split或循环indexOf）。
• 性能考量： 对于非常短的字符串或在性能敏感的循环中极度频繁地调用此方法，正则表达式的编译和匹配可能会带来轻微的开销。然而，对于大多数常见场景，其性能表现优异。为了进一步优化，Pattern对象可以被缓存和重用，避免每次调用都重新编译。
• 非重叠匹配： Matcher默认查找非重叠的匹配项。例如，对于字符串"aaaa"和子串"aa"，count()方法将返回2（匹配"aa"在索引0和索引2），而不是3（如果允许重叠匹配）。这通常符合大多数计数场景的预期。
• 空字符串处理： 当输入字符串为空或不包含任何目标子串时，count()方法将返回0，这通常是正确的行为，使得代码对边缘情况具有良好的鲁棒性。

总结

Java 9+提供的Matcher.results().count()方法为开发者提供了一种优雅、高效且无显式循环的方式来统计字符串中特定子串的出现次数。它不仅满足了特定的编程约束，还通过结合正则表达式的强大功能和Stream API的简洁性，提升了代码的可读性和现代感。在需要进行此类子串计数和比较的场景中，尤其是在Java 9及更高版本的环境中，这无疑是一个值得推荐的解决方案。

理论要掌握，实操不能落！以上关于《Java9+正则高效统计子串方法》的详细介绍，大家都掌握了吧！如果想要继续提升自己的能力，那么就来关注golang学习网公众号吧！