3.6　字符串与流之间的转换

3.6　字符串与流之间的转换

问题

用户希望通过惯用的流处理技术（而不是对 String 中的各个字符进行循环）实现字符串与流之间的转换。

方案

使用 java.lang.CharSequence 接口定义的默认方法 chars 和 codePoints，将 String 转换为 IntStream。为了将 IntStream 转换回 String，使用 java.util.stream.IntStream 接口定义的 collect 方法的重载形式。它传入三个参数，分别是 Supplier、表示累加器的 BiConsumer 以及表示组合器的 BiConsumer。

讨论

字符串是若干字符的集合。理论上说，将字符串转换为流并不困难，如同将字符串转换为集合或数组一样。遗憾的是，String 不属于集合框架（collections framework），因此无法实现 Iterable，不存在一种能将 String 转换为 Stream 的 stream 工厂方法。另一种方案是采用 java.util.Array 类定义的各种静态 stream 方法。然而，尽管 Arrays.stream 提供了用于处理 int[]、long[]、double[] 甚至 T[] 的方法，却并未定义用于处理 char[] 的方法。API 的设计者似乎不希望用户采用流技术处理字符串。

尽管如此，仍然有办法实现字符串与流之间的转换。String 类实现 CharSequence 接口，它引入了两种能生成 IntStream 的方法（chars 和 codePoints），它们都是接口中的默认方法，因此存在可用的实现。例 3-35 展示了两种方法的签名。

例 3-35　CharSequence 接口定义的 chars 和 codePoints 方法

default IntStream chars()
default IntStream codePoints()

chars 和 codePoints 方法的不同之处在于，chars 方法用于处理 UTF-16 编码字符，而 codePoints 方法用于处理完整的 Unicode 代码点（code point）集。如果读者对两种方法之间的差异感兴趣，可以阅读 Javadoc 中有关 java.lang.Character 类的描述。就本范例而言，区别只在于返回的整数类型：chars 方法返回一个由序列中的 char 值构成的 IntStream，而 codePoints 方法返回一个由 Unicode 代码点构成的 IntStream。

那么，如何将字符流转换回字符串呢？ Stream.collect 方法对流元素执行可变归约（mutable reduction）操作以生成集合。Collectors 工具类提供了大量可以生成所需 Collector 的静态方法（如本书讨论的 toList、toSet、toMap、joining 以及其他许多方法），因此传入 Collector 的 collect 方法在开发中最为常用。

然而，明显看出缺少的是 Collector 传入一个字符流并将其组装为字符串。好在代码并不复杂，可以使用 collect 的另一种重载形式，它传入一个 Supplier 以及两个分别作为累加器和组合器的 BiConsumer 参数。

听起来似乎比实际情况要复杂得多。接下来，我们编写 isPalindrome 方法，以检查某个字符串是否属于回文（palindrome）。回文检查器不区分大小写，它首先删除结果字符串中存在的标点符号，再检查字符串是否正读和反读都一样。用于测试字符串的 isPalindrome 方法如例 3-36 所示，这是 Java 7 及之前版本的实现。

例 3-36　检查字符串是否属于回文（Java 7 及之前）

public boolean isPalindrome(String s) {
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    for (char c : s.toCharArray()) {
        if (Character.isLetterOrDigit(c)) {
            sb.append(c);
        }
    }
    String forward = sb.toString().toLowerCase();
    String backward = sb.reverse().toString().toLowerCase();
    return forward.equals(backward);
}

以上代码具有典型的非函数式编程风格。isPalindrome 方法首先声明一个具有可变状态的单独对象（StringBuilder 实例），然后对集合进行迭代（由 String 类定义的 toCharArray 方法返回的 char[]），并利用 if 条件语句决定是否将值附加到缓冲区。StringBuilder 类还定义了一个能更容易实现回文检查的 reverse 方法，String 类则没有类似的方法。这种可变状态、迭代、决策语句的组合迫切需要一种基于流的替代方案，如例 3-37 所示，这是 Java 8 的实现。

例 3-37　检查字符串是否属于回文（Java 8）

public boolean isPalindrome(String s) {
    String forward = s.toLowerCase().codePoints() ➊
        .filter(Character::isLetterOrDigit)
        .collect(StringBuilder::new,
                 StringBuilder::appendCodePoint,
                 StringBuilder::append)
        .toString();
 
  String backward = new StringBuilder(forward).reverse().toString();
  return forward.equals(backward);
}

➊ 返回 IntStream

在本例中，codePoints 方法返回 IntStream，之后可以使用与例 3-37 相同的条件进行筛选。有意思的是 collect 方法，其签名为：

<R> R collect(Supplier<R> supplier,
              BiConsumer<R,? super T> accumulator,
              BiConsumer<R,R> combiner)

这三个参数的用途如下。

Supplier 生成经过归约的对象（本例为 StringBuilder）。
第一个 BiConsumer 将流的各个元素累加至所生成的数据结构，本例使用 appendCodePoint 方法。
第二个 BiConsumer 表示组合器，它是一个“无干扰的无状态函数”（non-interfering, stateless function），用于将两个必须与累加器兼容的值组合在一起（本例为 append 方法）。注意，组合器仅在并行操作时使用。

collect 方法的参数略多，不过其优点在于代码不必区分字符和整数，而这是处理字符串元素时经常遇到的问题。

例 3-38 显示了针对回文检查器的简单测试。

例 3-38　测试回文检查器

private PalindromeEvaluator demo = new PalindromeEvaluator();
 
@Test
public void isPalindrome() throws Exception {
    assertTrue(
        Stream.of("Madam, in Eden, I'm Adam",
                  "Go hang a salami; I'm a lasagna hog",
                  "Flee to me, remote elf!",
                  "A Santa pets rats as Pat taps a star step at NASA")
              .allMatch(demo::isPalindrome));
    assertFalse(demo.isPalindrome("This is NOT a palindrome"));
}

将字符串视为一种字符数组不太符合 Java 8 倡导的函数式习惯用法，但希望本范例讨论的机制能对读者有所启发。

另见

有关收集器的讨论请参见第 4 章，有关实现自定义收集器的讨论请参见范例 4.9，有关 allMatch 方法的讨论请参见范例 3.10。

3.6 字符串与流之间的转换