Ohjelmoinnin perusteita Java-kielellä: 2.7 String-olioita ja char-arvoja

Helsingin yliopisto / Tietojenkäsittelytieteen laitos
Copyright © 2005 Arto Wikla. Tämän oppimateriaalin käyttö on sallittu vain yksityishenkilöille opiskelutarkoituksissa. Materiaalin käyttö muihin tarkoituksiin, kuten kaupallisilla tai muilla kursseilla, on kielletty.

2.7 String-olioita ja char-arvoja

(Muutettu viimeksi 29.9.2009)

Tässä luvussa tutustutaan String-luokkaan ja sen tarjoamiin metodeihin sekä merkkityyppiin char. Ne ovat sinänsäkin hyödyllisiä, mutta ne myös havainnollistavat sitä, miten Java-kielen valmiit välineet on toteutettu luokkina, ja miten ohjelmoija voi ajatella (ja joutuu ajattelemaan!) olioita luokkien ilmentyminä ja operaatioita luokkien metodeina.

String-tyyppi

Alkeistyyppi char

String-luokan metodeita

String-tyyppi

Java-ohjelmoijalla on automaattisesti käytossään joukko luokkia, jotka on sijoitettu pakkaukseen java.lang. Luokka String on yksi näistä.

Kun kirjoitetaan:

    String jono;

määritellään muuttuja jono, jonka arvoksi voidaan sijoittaa String-tyyppisiä olioita. (Metodin muuttujana jonolla ei ole mitään alkuarvoa, luokan muuttujana alkuarvo on null, erityinen viite "ei-mihinkään-olioon".)

Ilmaus:

    "kissa"

puolestaan tarkoittaa, että luodaan eli konstruoidaan yksi String-tyyppinen olio. Yleensähän oliot luodaan operaatiolla new. Merkintä "kissa" onkin tavallaan vain lyhennysmerkintä ilmaukselle:

 
    new String("kissa")

Luokassa String on siis mm. konstruktori, jonka parametri on String-tyyppiä!

Määrittely:

    String jono = "topi"+"katti";

tarkoittaa yksityiskohtaisesti, että määritellään String-tyyppinen muuttuja jono. Sen alkuarvoksi asetetaan String-olio, joka saadaan, kun ensin luodaan String-oliot "topi" ja "katti" ja sitten nämä katenoimalla luodaan String-olio "topikatti".

Luokka String tarjoaa joukon operaatioita, metodeja, String-arvojen käsittelyyn. Nämä metodit siis ovat String-olioiden aksessoreita ihan samaan tapaan kuin omiin luokkiin on ohjelmoitu aksessoreita.

Omien tyyppien tapaan myös String voidaan nähdä abstraktina tietotyyppinä: Luokan ilmentymän käyttäjä ei tiedä, missä merkkijono sijaitsee ja miten se esitetään muistissa, mutta hän tietää joukon välineitä, joilla arvoja voi käsitellä.

Alkeistyyppi char

Jo tutut tyypit int, double ja boolean ovat ns. alkeistyyppejä (primitive types). Se tarkoittaa, että arvoja käsitellään sellaisinaan, ne eivät ole olioita, niitä ei käsitellä viitteen kautta!

Merkkiarvot (tyyppi char) ovat positiivisia kahden tavun mittaisia kokonaislukuja(!). Merkkivakiot esitetään yksinkertaisissa lainausmerkeissä : 'A', 'k', ' ', '@', ...

[Merkkivakioden ns. heksadesimaaliesitys on muotoa \uXXXX, missä X on heksadesimaaliluku 0-f.]

Merkkiarvon sijoittaminen int-muuttujalle on luvallista, päinvastainen on kiellettyä:

   int i = 7; 
   char c = '#';
   ...
   i = c;  // SALLITTU, i saa arvokseen merkkikoodin!
   c = i;  // KIELLETTY! (tietoa voisi kadota! (char on intiä suppeampi))

Ohjelmanpätkä

   char c = '#';
   int  i = c;  //
   System.out.println("merkkinä: " + c);
   System.out.println("lukuna  : " + i);

tulostaa:

  merkkinä: #
  lukuna  : 35

[int-arvoja voidaan muuttaa ns. eksplisiittisellä tyyppimuunnoksella eli "castilla" char-arvoiksi. Jos tietoa tällöin katoaa, asia on ohjelmoijan vastuulla! Esimerkiksi:

  for (int i=40; i<110; ++i)
    System.out.print( (char)i );

tulostaa rivin:

()*+,-./0123456789:;<=>?@ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ[\]^_`abcdefghijklm

]

Merkkiarvo koodataan ns. Unicode-koodilla, joka sisältää maailman useimpien kirjoitusjärjestelmien kirjain- ja numeromerkit: mm. kreikka, kopti, venäjä, heprea, arabia, devanagari, bengali, gurmukhi, gujarati, tamili, telegu, tai, lao, hiragana, katakana, ...

String-luokan metodeita

Seuraavassa kuvaillaan joitakin String-olioiden käsittelyn välineitä. Täydellinen luettelo String-luokan konstruktoreista ja aksessoreista löytyy String-luokan API-kuvauksesta. Välineitä on paljon. Niitä ei tietenkään tarvitse opetella ulkoa! Kun niitä käytetään, ne "katsotaan API:sta". Seuraavat ovat kuitenkin usein aloittelijallekin käyttökelpoisia.

public int length() on metodi, jonka arvo on merkkijonon pituus. Esimerkiksi:

    String jono = "kissa";
    int pituus = jono.length(); // pituus = 5;

Esimerkkiohjelma (Rivinpituus.java) tulostaa tulostaa syöttörivin pituuden merkkeinä:

import java.util.Scanner;

public class Rivinpituus {
  private static Scanner lukija = new Scanner(System.in);

  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("Kirjoita rivi!");
    String jono = lukija.nextLine();
    int pituus = jono.length();
    System.out.println("Sen pituus on "+pituus);
  }
}

public boolean equals(Object anObject) on metodi, joka on arvoltaan true, jos String-olion sisältö on sama kuin parametrina annettu merkkijono. (Huom: vertailu "==" ei vertaa olioiden sisältöjen samuutta vaan samaa sijaintipaikkaa! Ei kannata huolestua tuosta tyypistä Object, selvinnee aikanaan.)

Esimerkkiohjelma Jatkoa1.java suoritetaan uudelleen, jos käyttäjä vastaa jatkamiskysymykseen "kyllä":

import java.util.Scanner;

public class Jatkoa1 {
  private static Scanner lukija = new Scanner(System.in);

  public static void main(String[] args) {
    String vastaus;

    do {
      System.out.println("\nNyt ohjelma tekee jotakin hyödyllistä...\n");

      System.out.println("Haluatko jatkaa? (kyllä tai ei)");
      vastaus = lukija.nextLine();
    } while (vastaus.equals("kyllä"));
  }
}

Esimerkkiohjelma Jatkoa2.java loppuu, jos käyttäjä vastaa jatkamiskysymykseen "ei":

import java.util.Scanner;

public class Jatkoa2 {
  private static Scanner lukija = new Scanner(System.in);

  public static void main(String[] args) {
    String vastaus;

    do {
      System.out.println("\nNyt ohjelma tekee jotakin hyödyllistä...\n");

      System.out.println("Haluatko jatkaa? (kyllä tai ei)");
      vastaus = lukija.nextLine();
    } while (!vastaus.equals("ei"));
  }
}

public boolean equalsIgnoreCase(String anotherString) on kuin equals-metodi, mutta isot ja pienet kirjaimet samaistetaan.

Esimerkki (Jatkoa3.java):

import java.util.Scanner;

public class Jatkoa3 {
  private static Scanner lukija = new Scanner(System.in);

  public static void main(String[] args) {
    String vastaus;

    do {
      System.out.println("\nNyt ohjelma tekee jotakin hyödyllistä...\n");

      System.out.println("Haluatko jatkaa? (kyllä tai ei)");
      vastaus = lukija.nextLine();
    } while (vastaus.equalsIgnoreCase("kyllä"));
  }
}

public int compareTo(String anotherString) palauttaa arvonaan "aakkosjärjestystiedon" (aakkosjärjestys saattaa paikoin poiketa "oikeasta", mm. eri kielissä on erilaiset aakkostusperusteet). Metodin arvo on:

< 0, jos verrattava String-olio edeltää String-parametria
0, jos verrattava String-olio on samansisältöinen kuin String-parametri
> 0, jos verrattava String-olio seuraa String-parametria

Esimerkkiohjelma kahden syöttömerkkijonon vertaamiseen (JonoVertailu.java):

import java.util.Scanner;

public class JonoVertailu {
  private static Scanner lukija = new Scanner(System.in);

  public static void main(String[] args) {
    String vastaus;

    do {
      System.out.print("Anna ensimmäinen merkkijono: ");
      String eka = lukija.nextLine();
      System.out.print("Anna toinen merkkijono     : ");
      String toka = lukija.nextLine();

      int jarjKoodi = eka.compareTo(toka);

      if (jarjKoodi < 0)
         System.out.println("Ensimmäinen on ennen toista.");
      else if (jarjKoodi == 0)
         System.out.println("Jonot ovat samat.");
      else // jarjKoodi > 0
          System.out.println("Toinen on ennen ensimmäistä.");

      System.out.println("\nHaluatko jatkaa? (enter jatkaa, kaikki muu lopettaa)");
      vastaus = lukija.nextLine();

    } while (vastaus.equals(""));
  }
}

public char charAt(int index) palauttaa arvonaan merkkijonon (String) yksittäisen merkin (char). Merkit on numeroitu 0...length()-1. On operaation käyttäjän vastuulla antaa kelvollinen parametri! Esimerkiksi lauseet:
```
  String jono = "kissa";

  for (int i=0; i<jono.length(); ++i)
    System.out.println(jono.charAt(i)); 
```
tulostavat:
```
k
i
s
s
a
```
public int indexOf(int ch) palauttaa arvonaan tiedon, monentenako merkkijonossa on ensimmäinen parametrina annettu merkki. Merkit on numeroitu nollasta alkaen! Jos merkkiä ei löydy, saadaan luku -1. Esimerkiksi:
```
  String jono = "kissa";

  System.out.println(jono.indexOf('s')); // tulostus: 2
  System.out.println(jono.indexOf('t')); // tulostus: -1
```
public int indexOf(int ch, int fromIndex) on kuin indexOf(int ch), mutta etsintä aloitetaan positiosta fromIndex.

public int indexOf(String str) ja
public int indexOf(String str, int fromIndex)
ovat kuin kaksi edellistä metodia, mutta haetaankin merkkijonoa.

Huom: indexOf(String str)-versio on aika voimakas ja käyttökelpoinen! Esimerkki (Kissako.java):

   ...
    System.out.println("Syötä rivi. Etsin siltä kissaa.");
    String syöttorivi = lukija.nextLine();;
    if (syöttorivi.indexOf("kissa") != -1)
      System.out.println("Jossakin kohdassa syöttörivillä on kissa!");
    else
      System.out.println("Rivi on kissaton.");
   ...

public String substring(int beginIndex, int endIndex) palauttaa arvonaan osamerkkijonon positiosta beginIndex positioon endIndex-1. Metodin käyttäjä on vastuussa järkevistä parametreista.
Esimerkki:
```
    String jono = "abcd123efg";
    String osajono = jono.substring(4,7);
    System.out.println(osajono);  // tulostus 123
```

public String toLowerCase() ja public String toUpperCase()
palauttavat merkkijonon, jonka isot (pienet) kirjaimet on muutettu pieniksi (isoiksi).
Esimerkki

    String jono = "Onko Matti kukkarossasi?";
    System.out.println(jono.toLowerCase()); // tulostus: onko matti kukkarossasi?
    System.out.println(jono.toUpperCase()); // tulostus: ONKO MATTI KUKKAROSSASI?

Huom: Olion, johon operaatio kohdistetaan, ei välttämättä tarvitse olla muuttujan arvona. Myös merkkijonovakiolle voidaan soveltaa String-aksessoreita:

System.out.println("Onko Matti kukkarossasi?".toLowerCase());

Ohjelmointitekniikkaa: Tähän ominaisuuteen perustuen on näppärä ohjelmoida välineitä, jotka tutkivat, kuuluuko jokin merkki johonkin merkkijoukkoon. Esimerkiksi vokaalitesti voitaisiin ohjelmoida "pääohjelman pikku apulaisena" seuraavasti:

  private static boolean onVokaali(char merkki) {
    return ("aeiouyåäöAEIOUYÅÄÖ".indexOf(merkki) != -1);
  }

Välinettä voi käyttää vaikkapa seuraavaan tapaan (Vokaalit.java):

    System.out.println("Syötä rivi. Tutkin vokaalien määrän.");
    String rivi = lukija.nextLine();

    int vokaaleja = 0;
    for (int i=0; i<rivi.length(); ++i)
      if (onVokaali(rivi.charAt(i)))
        vokaaleja = vokaaleja + 1;

    System.out.println("Rivillä oli " + vokaaleja + " vokaalia.");

public String trim() palauttaa arvonaan merkkijonon, jonka alusta ja lopusta on poistettu välilyönnit (yms.).
Esimerkiksi ohjelmanpätkä

    String jono = "   Olipa kerran ...   ";
    System.out.println("*" + jono + "*");
    System.out.println("*" + jono.trim() + "*");

tulostaa:

*   Olipa kerran ...   *
*Olipa kerran ...*

Huom: Kerran luotua String-oliota ei voi muuttaa, koska luokassa String ei ole ainuttakaan operaatiota String-arvon muuttamiseen. Juuri tällä tavoin - Javan kapselointia käyttäen - luokan String ohjelmoija on toteuttanut päätöksensä, etteivät String-oliot ole muutettavissa!

Kaikki edellä luetellut String-arvoiset metodit luovat aina uuden olion! Merkkijonojen muokkaamiseen käytetään muita välineitä. Niistä myöhemmin.

Kun suoritetaan vaikkapa lauseet

    String jono = "kissa";    // (1)
    jono = jono + " kävelee"; // (2)

luodaan ensin olio "kissa"(1). Sitten luodaan olio " kävelee" ja lopuksi katenoiden olio "kissa kävelee" (2). Koska muuttujan jono vanha arvo korvataan uudella, oliosta "kissa" tulee roska eli siihen ei ole enää viitettä. Samoin " kävelee"-oliolla oli hyvin hetkellinen merkitys. Automaattinen roskienkerääjä aikanaan vapauttaa "kissa"- ja " kävelee"-olioiden varaaman muistialueen muuhun käyttöön.

Takaisin luvun 2 sisällysluetteloon.