Java中怎么實(shí)現(xiàn)Unicode代理編程

這篇文章給大家介紹Java中怎么實(shí)現(xiàn)Unicode代理編程，內(nèi)容非常詳細(xì)，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對(duì)大家能有所幫助。

順序訪問(wèn)

順序訪問(wèn)是在 Java 語(yǔ)言中處理字符串的一個(gè)基本操作。在這種方法下，輸入字符串中的每個(gè)字符從頭至尾按順序訪問(wèn)，或者有時(shí)從尾至頭訪問(wèn)。本小節(jié)討論使用順序訪問(wèn)方法從一個(gè)字符串創(chuàng)建一個(gè) 32 位碼位數(shù)組的 7 個(gè)技術(shù)示例，并估計(jì)它們的處理時(shí)間。

示例 1-1：基準(zhǔn)測(cè)試（不支持代理對(duì)）

清單 1 將 16 位 char 類型值直接分配給 32 位碼位值，完全沒(méi)有考慮代理對(duì)：

清單 1. 不支持代理對(duì)

int[] toCodePointArray(String str) { // Example 1-1      int len = str.length();          // the length of str      int[] acp = new int[len];        // an array of code points       for (int i = 0, j = 0; i < len; i++) {          acp[j++] = str.charAt(i);      }      return acp;  }

盡管這個(gè)示例不支持代理對(duì)，但它提供了一個(gè)處理時(shí)間基準(zhǔn)來(lái)比較后續(xù)順序訪問(wèn)示例。

示例 1-2：使用 isSurrogatePair()

清單 2 使用 isSurrogatePair() 來(lái)計(jì)算代理對(duì)總數(shù)。計(jì)數(shù)之后，它分配足夠的內(nèi)存以便一個(gè)碼位數(shù)組存儲(chǔ)這個(gè)值。然后，它進(jìn)入一個(gè)順序訪問(wèn)循環(huán)，使用 isHighSurrogate() 和 isLowSurrogate() 確定每個(gè)代理對(duì)字符是高代理還是低代理。當(dāng)它發(fā)現(xiàn)一個(gè)高代理后面帶一個(gè)低代理時(shí)，它使用 toCodePoint() 將該代理對(duì)轉(zhuǎn)換為一個(gè)碼位值并將當(dāng)前索引值增加 2。否則，它將這個(gè) char 類型值直接分配給一個(gè)碼位值并將當(dāng)前索引值增加 1。這個(gè)示例的處理時(shí)間比 示例 1-1 長(zhǎng) 1.38 倍。

清單 2. 有限支持

int[] toCodePointArray(String str) { // Example 1-2      int len = str.length();          // the length of str      int[] acp;                       // an array of code points      int surrogatePairCount = 0;      // the count of surrogate pairs       for (int i = 1; i < len; i++) {          if (Character.isSurrogatePair(str.charAt(i - 1), str.charAt(i))) {              surrogatePairCount++;              i++;          }      }      acp = new int[len - surrogatePairCount];      for (int i = 0, j = 0; i < len; i++) {          char ch0 = str.charAt(i);         // the current char          if (Character.isHighSurrogate(ch0) && i + 1 < len) {              char ch2 = str.charAt(i + 1); // the next char              if (Character.isLowSurrogate(ch2)) {                  acp[j++] = Character.toCodePoint(ch0, ch2);                  i++;                  continue;              }          }          acp[j++] = ch0;      }      return acp;  }

清單 2 中更新軟件的方法很幼稚。它比較麻煩，需要大量修改，使得生成的軟件很脆弱且今后難以更改。具體而言，這些問(wèn)題是：

◆需要計(jì)算碼位的數(shù)量以分配足夠的內(nèi)存

◆很難獲得字符串中的指定索引的正確碼位值

◆很難為下一個(gè)處理步驟正確移動(dòng)當(dāng)前索引

一個(gè)改進(jìn)后的算法出現(xiàn)在下一個(gè)示例中。

示例：基本支持

Java 1.5 提供了 codePointCount()、codePointAt() 和 offsetByCodePoints() 方法來(lái)分別處理 示例 1-2 的 3 個(gè)問(wèn)題。清單 3 使用這些方法來(lái)改善這個(gè)算法的可讀性：

清單 3. 基本支持

int[] toCodePointArray(String str) { // Example 1-3      int len = str.length();          // the length of str      int[] acp = new int[str.codePointCount(0, len)];       for (int i = 0, j = 0; i < len; i = str.offsetByCodePoints(i, 1)) {          acp[j++] = str.codePointAt(i);      }      return acp;  }

但是，清單 3 的處理時(shí)間比 清單 1 長(zhǎng) 2.8 倍。

示例 1-4：使用 codePointBefore()

當(dāng) offsetByCodePoints() 接收一個(gè)負(fù)數(shù)作為第二個(gè)參數(shù)時(shí)，它就能計(jì)算一個(gè)距離字符串頭的絕對(duì)偏移值。接下來(lái)，codePointBefore() 能夠返回一個(gè)指定索引前面的碼位值。這些方法用于清單 4 中從尾至頭遍歷字符串：

清單 4. 使用 codePointBefore() 的基本支持

int[] toCodePointArray(String str) { // Example 1-4      int len = str.length();          // the length of str      int[] acp = new int[str.codePointCount(0, len)];      int j = acp.length;              // an index for acp       for (int i = len; i > 0; i = str.offsetByCodePoints(i, -1)) {          acp[--j] = str.codePointBefore(i);      }      return acp;  }

這個(gè)示例的處理時(shí)間 — 比 示例 1-1 長(zhǎng) 2.72 倍 — 比 示例 1-3 快一些。通常，當(dāng)您比較零而不是非零值時(shí)，JVM 中的代碼大小要小一些，這有時(shí)會(huì)提高性能。但是，微小的改進(jìn)可能不值得犧牲可讀性。

示例 1-5：使用 charCount()

示例 1-3 和 1-4 提供基本的代理對(duì)支持。他們不需要任何臨時(shí)變量，是健壯的編碼方法。要獲取更短的處理時(shí)間，使用 charCount() 而不是 offsetByCodePoints() 是有效的，但需要一個(gè)臨時(shí)變量來(lái)存放碼位值，如清單 5 所示：

清單 5. 使用 charCount() 的優(yōu)化支持

int[] toCodePointArray(String str) { // Example 1-5      int len = str.length();          // the length of str      int[] acp = new int[str.codePointCount(0, len)];      int j = 0;                       // an index for acp       for (int i = 0, cp; i < len; i += Character.charCount(cp)) {          cp = str.codePointAt(i);          acp[j++] = cp;      }      return acp;  }

清單 5 的處理時(shí)間降低到比 示例 1-1 長(zhǎng) 1.68 倍。

示例 1-6：訪問(wèn)一個(gè) char 數(shù)組

清單 6 在使用 示例 1-5 中展示的優(yōu)化的同時(shí)直接訪問(wèn)一個(gè) char 類型數(shù)組：

清單 6. 使用一個(gè) char 數(shù)組的優(yōu)化支持

int[] toCodePointArray(String str) { // Example 1-6      char[] ach = str.toCharArray();  // a char array copied from str      int len = ach.length;            // the length of ach      int[] acp = new int[Character.codePointCount(ach, 0, len)];      int j = 0;                       // an index for acp       for (int i = 0, cp; i < len; i += Character.charCount(cp)) {          cp = Character.codePointAt(ach, i);          acp[j++] = cp;      }      return acp;  }

char 數(shù)組是使用 toCharArray() 從字符串復(fù)制而來(lái)的。性能得到改善，因?yàn)閷?duì)數(shù)組的直接訪問(wèn)比通過(guò)一個(gè)方法的間接訪問(wèn)要快。處理時(shí)間比 示例 1-1 長(zhǎng) 1.51 倍。但是，當(dāng)調(diào)用時(shí)，toCharArray() 需要一些開銷來(lái)創(chuàng)建一個(gè)新數(shù)組并將數(shù)據(jù)復(fù)制到數(shù)組中。String 類提供的那些方便的方法也不能被使用。但是，這個(gè)算法在處理大量數(shù)據(jù)時(shí)有用。

示例 1-7：一個(gè)面向?qū)ο蟮乃惴?/strong>

這個(gè)示例的面向?qū)ο笏惴ㄊ褂?CharBuffer 類，如清單 7 所示：

清單 7. 使用 CharSequence 的面向?qū)ο笏惴?/strong>

int[] toCodePointArray(String str) {        // Example 1-7      CharBuffer cBuf = CharBuffer.wrap(str); // Buffer to wrap str      IntBuffer iBuf = IntBuffer.allocate(    // Buffer to store code points              Character.codePointCount(cBuf, 0, cBuf.capacity()));       while (cBuf.remaining() > 0) {          int cp = Character.codePointAt(cBuf, 0); // the current code point          iBuf.put(cp);          cBuf.position(cBuf.position() + Character.charCount(cp));      }      return iBuf.array();  }

與前面的示例不同，清單 7 不需要一個(gè)索引來(lái)持有當(dāng)前位置以便進(jìn)行順序訪問(wèn)。相反，CharBuffer 在內(nèi)部跟蹤當(dāng)前位置。Character 類提供靜態(tài)方法 codePointCount() 和 codePointAt()，它們能通過(guò) CharSequence 接口處理 CharBuffer。CharBuffer 總是將當(dāng)前位置設(shè)置為 CharSequence 的頭。因此，當(dāng) codePointAt() 被調(diào)用時(shí)，第二個(gè)參數(shù)總是設(shè)置為 0。處理時(shí)間比 示例 1-1 長(zhǎng) 2.15 倍。

處理時(shí)間比較

這些順序訪問(wèn)示例的計(jì)時(shí)測(cè)試使用了一個(gè)包含 10,000 個(gè)代理對(duì)和 10,000 個(gè)非代理對(duì)的樣例字符串。碼位數(shù)組從這個(gè)字符串創(chuàng)建 10,000 次。測(cè)試環(huán)境包括：

◆OS：Microsoft Windows® XP Professional SP2

◆Java：IBM Java 1.5 SR7

◆CPU：Intel® Core 2 Duo CPU T8300 @ 2.40GHz

◆Memory：2.97GB RAM

表 1 展示了示例 1-1 到 1-7 的絕對(duì)和相對(duì)處理時(shí)間以及關(guān)聯(lián)的 API：

表 1. 順序訪問(wèn)示例的處理時(shí)間和 API

隨機(jī)訪問(wèn)

隨機(jī)訪問(wèn)是直接訪問(wèn)一個(gè)字符串中的任意位置。當(dāng)字符串被訪問(wèn)時(shí)，索引值基于 16 位 char 類型的單位。但是，如果一個(gè)字符串使用 32 位碼位，那么它不能使用一個(gè)基于 32 位碼位的單位的索引訪問(wèn)。必須使用 offsetByCodePoints() 來(lái)將碼位的索引轉(zhuǎn)換為 char 類型的索引。如果算法設(shè)計(jì)很糟糕，這會(huì)導(dǎo)致很差的性能，因?yàn)?offsetByCodePoints() 總是通過(guò)使用第二個(gè)參數(shù)從第一個(gè)參數(shù)計(jì)算字符串的內(nèi)部。在這個(gè)小節(jié)中，我將比較三個(gè)示例，它們通過(guò)使用一個(gè)短單位來(lái)分割一個(gè)長(zhǎng)字符串。

示例 2-1：基準(zhǔn)測(cè)試（不支持代理對(duì)）

清單 8 展示如何使用一個(gè)寬度單位來(lái)分割一個(gè)字符串。這個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試留作后用，不支持代理對(duì)。

清單 8. 不支持代理對(duì)

String[] sliceString(String str, int width) { // Example 2-1      // It must be that "str != null && width > 0".      List<String> slices = new ArrayList<String>();      int len = str.length();       // (1) the length of str      int sliceLimit = len - width; // (2) Do not slice beyond here.      int pos = 0;                  // the current position per char type       while (pos < sliceLimit) {          int begin = pos;                       // (3)          int end   = pos + width;               // (4)          slices.add(str.substring(begin, end));          pos += width;                          // (5)      }      slices.add(str.substring(pos));            // (6)      return slices.toArray(new String[slices.size()]); }

sliceLimit 變量對(duì)分割位置有所限制，以避免在剩余的字符串不足以分割當(dāng)前寬度單位時(shí)拋出一個(gè) IndexOutOfBoundsException 實(shí)例。這種算法在當(dāng)前位置超出 sliceLimit 時(shí)從 while 循環(huán)中跳出后再處理最后的分割。

示例 2-2：使用一個(gè)碼位索引

清單 9 展示了如何使用一個(gè)碼位索引來(lái)隨機(jī)訪問(wèn)一個(gè)字符串：

清單 9. 糟糕的性能

String[] sliceString(String str, int width) { // Example 2-2      // It must be that "str != null && width > 0".      List<String> slices = new ArrayList<String>();      int len = str.codePointCount(0, str.length()); // (1) code point count [Modified]      int sliceLimit = len - width; // (2) Do not slice beyond here.      int pos = 0;                  // the current position per code point       while (pos < sliceLimit) {          int begin = str.offsetByCodePoints(0, pos);            // (3) [Modified]          int end   = str.offsetByCodePoints(0, pos + width);    // (4) [Modified]          slices.add(str.substring(begin, end));          pos += width;                                          // (5)      }      slices.add(str.substring(str.offsetByCodePoints(0, pos))); // (6) [Modified]      return slices.toArray(new String[slices.size()]); }

清單 9 修改了 清單 8 中的幾行。首先，在 Line (1) 中，length() 被 codePointCount() 替代。其次，在 Lines (3)、(4) 和 (6) 中，char 類型的索引通過(guò) offsetByCodePoints() 用碼位索引替代。

基本的算法流與 示例 2-1 中的看起來(lái)幾乎一樣。但處理時(shí)間根據(jù)字符串長(zhǎng)度與示例 2-1 的比率同比增加，因?yàn)?offsetByCodePoints() 總是從字符串頭到指定索引計(jì)算字符串內(nèi)部。

示例 2-3：減少的處理時(shí)間

可以使用清單 10 中展示的方法來(lái)避免 示例 2-2 的性能問(wèn)題：

清單 10. 改進(jìn)的性能

String[] sliceString(String str, int width) { // Example 2-3      // It must be that "str != null && width > 0".      List<String> slices = new ArrayList<String>();      int len = str.length(); // (1) the length of str      int sliceLimit          // (2) Do not slice beyond here. [Modified]              = (len >= width * 2 || str.codePointCount(0, len) > width)              ? str.offsetByCodePoints(len, -width) : 0;      int pos = 0;            // the current position per char type       while (pos < sliceLimit) {          int begin = pos;                                // (3)          int end   = str.offsetByCodePoints(pos, width); // (4) [Modified]          slices.add(str.substring(begin, end));          pos = end;                                      // (5) [Modified]      }      slices.add(str.substring(pos));                     // (6)      return slices.toArray(new String[slices.size()]); }

首先，在 Line (2) 中，（清單 9 中的）表達(dá)式 len-width 被 offsetByCodePoints(len,-width) 替代。但是，當(dāng) width 的值大于碼位的數(shù)量時(shí)，這會(huì)拋出一個(gè) IndexOutOfBoundsException 實(shí)例。必須考慮邊界條件以避免異常，使用一個(gè)帶有 try/catch 異常處理程序的子句將是另一個(gè)解決方案。如果表達(dá)式 len>width*2 為 true，則可以安全地調(diào)用 offsetByCodePoints()，因?yàn)榧词顾写a位都被轉(zhuǎn)換為代理對(duì)，碼位的數(shù)量仍會(huì)超過(guò) width 的值?；蛘?，如果 codePointCount(0,len)>width 為 true，也可以安全地調(diào)用 offsetByCodePoints()。如果是其他情況，sliceLimit 必須設(shè)置為 0。

在 Line (4) 中，清單 9 中的表達(dá)式 pos + width 必須在 while 循環(huán)中使用 offsetByCodePoints(pos,width) 替換。需要計(jì)算的量位于 width 的值中，因?yàn)榈谝粋€(gè)參數(shù)指定當(dāng) width 的值。接下來(lái)，在 Line (5) 中，表達(dá)式 pos+=width 必須使用表達(dá)式 pos=end 替換。這避免兩次調(diào)用 offsetByCodePoints() 來(lái)計(jì)算相同的索引。源代碼可以被進(jìn)一步修改以最小化處理時(shí)間。

處理時(shí)間比較

圖 1 和圖 2 展示了示例 2-1、2-2 和 2-3 的處理時(shí)間。樣例字符串包含相同數(shù)量的代理對(duì)和非代理對(duì)。當(dāng)字符串的長(zhǎng)度和 width 的值被更改時(shí)，樣例字符串被切割 10,000 次。

圖 1. 一個(gè)分段的常量寬度

圖 2. 分段的常量計(jì)數(shù)

示例 2-1 和 2-3 按照長(zhǎng)度比例增加了它們的處理時(shí)間，但 示例 2-2 按照長(zhǎng)度的平方比例增加了處理時(shí)間。當(dāng)字符串長(zhǎng)度和 width 的值增加而分段的數(shù)量固定時(shí)，示例 2-1 擁有一個(gè)常量處理時(shí)間，而示例 2-2 和 2-3 以 width 的值為比例增加了它們的處理時(shí)間。

信息 API

大多數(shù)處理代理的信息 API 擁有兩種名稱相同的方法。一種接收 16 位 char 類型參數(shù)，另一種接收 32 為碼位參數(shù)。表 2 展示了每個(gè) API 的返回值。第三列針對(duì) U+53F1，第 4 列針對(duì) U+20B9F，最后一列針對(duì) U+D842（即高代理），而 U+20B9F 被轉(zhuǎn)換為 U+D842 加上 U+DF9F 的代理對(duì)。如果程序不能處理代理對(duì)，則值 U+D842 而不是 U+20B9F 將導(dǎo)致意想不到的結(jié)果（在表 2 中以粗斜體表示）。

表 2. 用于代理的信息 API

其他 API

本小節(jié)介紹前面的小節(jié)中沒(méi)有討論的代理對(duì)相關(guān) API。表 3 展示所有這些剩余的 API。所有代理對(duì) API 都包含在表 1、2 和 3 中。

表 3. 其他代理 API

清單 11 展示了從一個(gè)碼位創(chuàng)建一個(gè)字符串的 5 種方法。用于測(cè)試的碼位是 U+53F1 和 U+20B9F，它們?cè)谝粋€(gè)字符串中重復(fù)了 100 億次。清單 11 中的注釋部分顯示了處理時(shí)間：

清單 11. 從一個(gè)碼位創(chuàng)建一個(gè)字符串的 5 種方法

int cp = 0x20b9f; // CJK Ideograph Extension B  String str1 = new String(new int[]{cp}, 0, 1);    // processing time: 206ms  String str2 = new String(Character.toChars(cp));                  //  187ms  String str3 = String.valueOf(Character.toChars(cp));              //  195ms  String str4 = new StringBuilder().appendCodePoint(cp).toString(); //  269ms  String str5 = String.format("%c", cp);                            // 3781ms

str1、str2、str3 和 str4 的處理時(shí)間沒(méi)有明顯不同。相反，創(chuàng)建 str5 花費(fèi)的時(shí)間要長(zhǎng)得多，因?yàn)樗褂?String.format()，該方法支持基于本地和格式化信息的靈活輸出。str5 方法應(yīng)該只用于程序的末尾來(lái)輸出文本。

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