前言

幾乎任何一個項目都離不開對字符串的處理，在C和C++編程中，許多程序的漏洞都是由于字符串緩沖區(qū)溢出造成的。為了避免在C#中出現(xiàn)類似的問題，同時也為了使用更方便，C#中專門設(shè)置了兩個字符串處理類：String類和StringBuilder類。

本文主要給大家介紹了關(guān)于c#基礎(chǔ)系列之string的相關(guān)內(nèi)容，分享出來供大家參考學(xué)習(xí)，下面話不多說了，來一起看看詳細的介紹吧

擴展閱讀：深入理解值類型和引用類型

基本概念

string（嚴格來說應(yīng)該是System.String） 類型是我們?nèi)粘oding中用的最多的類型之一。那什么是String呢?^ ~ ^

String是一個不可變的連續(xù)16位的Unicode代碼值的集合，它直接派生自System.Object類型。

與之對應(yīng)的還有一個不常用的安全字符串類型System.Security.SecureString，它會在非托管的內(nèi)存上分配，以便避開GC的黑手。主要用于安全性特高的場景。[具體可查看msdn這里不展開討論了。=>msdn查看詳情

特性

• 由于String類型直接派生于Object，所以它是引用類型，那就意味著String對象的實例總是存在于堆上。
• String具有不變性，也就是說一旦初始化，它的值將永遠不變。
• String類型是封閉的，換言之，你的任何類型不能繼承String。
• 定義字符串實例的關(guān)鍵字string只是System.String 類型的一個映射。

注意事項

• 關(guān)于字符串中的回車符和換行符一般大家喜歡直接硬編碼‘\r\n',但是不建議這么做，一旦程序遷移到其他平臺，將出現(xiàn)錯誤。相反，推薦使用System.Environment類的NewLine屬性來生成回車符和換行符，可以跨平臺使用的。
• 常量字符串的拼接和非常量字符串在CLR中行為是不一樣的。具體請查看性能部分。
• 字符串之前加@符號會改變編譯器的行為，如果加了@符號，編譯器會把String中的轉(zhuǎn)義字符視為正常字符來顯示。也就是我定義的什么內(nèi)容就是什么內(nèi)容，主要在使用文件路徑或者目錄字符串中使用。以下兩個String內(nèi)容的輸出將完全一致。

  static void Main(string[] args)
   {
    string a = "c:\\temp\\1";
    string b = @"c:\temp\1";
    Console.WriteLine(a);
    Console.WriteLine(b);
    Console.Read();   
   } 

性能

• c#的編譯器直接支持String類型，并將定義的常量字符串在編譯期直接存放到模塊的元數(shù)據(jù)中。然后會在運行時直接加載。這也說明String類型的常量在運行時是有特殊待遇的。
• 由于字符串的不變性，也就意味著多個線程同時操作該字符串不會有任何線程安全的問題。這在某些共享配置的設(shè)計中很有用。
• 如果程序經(jīng)常會對比重復(fù)度比較高的字符串，這會造成性能上的影響，因為對比字符串是要經(jīng)過幾個步驟的。為此CLR引入了一個字符串重用的技術(shù)，學(xué)名叫做‘字符串留用'。原理就是：CLR會在初始化的時候創(chuàng)建一個內(nèi)部的哈希表，key是字符串，value就是留用字符串在托管堆上的引用。
  String類型提供了兩個靜態(tài)方法來操作這個哈希表：

String.Intern

String.IsInterned

具體請查看msdn(https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.string.isinterned(v=vs.110).aspx)

但是c#編譯器默認是不開啟字符串留用功能的，因為如果程序大量把字符串留用，應(yīng)用程序總體性能可能會變得更慢。（微軟也是挺糾結(jié)的，程序員TMD的更糾結(jié)）

如果我們的程序中有很多個一模一樣值的常量字符串， c#的編譯器會在編譯期間把這些字符串合并為一個并寫入模塊的元數(shù)據(jù)中，然后修改所有引用該字符串的代碼。這也是一種字符串重用技術(shù)，學(xué)名‘字符串池'。這意味著什么呢？這意味著所有值相同的常量字符串其實引用的是同一個內(nèi)存地址的實例，在相同值非常多的情況下能顯著提高性能和節(jié)省大量內(nèi)存。

string s1 = "hello 大菜";
string s2 = "hello 大菜";
unsafe
{
 fixed (char* p = s1)
 {
  Console.WriteLine("字符串地址= 0x{0:x}", (int)p);

 }
 fixed (char* p = s2)
 {
  Console.WriteLine("字符串地址= 0x{0:x}", (int)p);

 }
} 

輸出結(jié)果：

字符串地址= 0x80002d84
字符串地址= 0x80002d84

可見實例的值只分配了一次，但是有一點需要說明，字符串僅用于編譯期能確定值的字符串，也就是常量字符串。如果我的程序修改為：

args = new string[] { "dfasfdsa"};
string s1 = "hello 大菜"+ args[0];
string s2 = "hello 大菜"+args[0];
unsafe
{
 fixed (char* p = s1)
 {
  Console.WriteLine("字符串地址= 0x{0:x}", (int)p);

 }
 fixed (char* p = s2)
 {
  Console.WriteLine("字符串地址= 0x{0:x}", (int)p);

 }
}

運行結(jié)果：

字符串地址= 0x2e3c
字符串地址= 0x2e7c

平時coding避免不了字符串的連接，如果一個頻繁拼接字符串的場景下使用‘+'，對程序整體性能和GC影響還是挺大的，為此c#推出了 StringBuilder類型來優(yōu)化字符串的拼接。相對于String類型的不變性來說，StringBuilder更像是可變的字符串類型。它的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個Char的數(shù)組。另外還有容量（默認為16），最大容量（默認為int.MaxValue）等屬性。StringBuilder的優(yōu)勢在于字符總數(shù)未超過‘容量'的時候，底層數(shù)組不會重新分配，這和String每次都重新分配形成最大的對比。如果字符總數(shù)超過‘容量'，StringBuilder會自動倍增容量屬性，用一個新的數(shù)組來容納原來的值，原來數(shù)組將會被GC回收?？梢娙绻鸖tringBuilder頻繁的動態(tài)擴容也會損害性能，但是影響可能會比String小的多。 合理的設(shè)置StringBuilder初始容量對程序有很大幫助。測試如下：

int count = 100000;
Stopwatch sw = new Stopwatch();
sw.Start();
string s = "";
for (int i = 0; i < count; i++)
 {
  s += i.ToString();
 }
sw.Stop();
Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);

運行結(jié)果：

14221

查看GC的情況

Gc執(zhí)行的是如此頻繁。 性能是可想而知的。接著看一下StringBuilder

int count = 100000;
Stopwatch sw = new Stopwatch();
sw.Start();   
StringBuilder sb = new StringBuilder();//聽說程序員都這樣命名StringBuilder
for (int i = 0; i < count; i++)
 {
 sb.Append(i.ToString());
}
sw.Stop();
Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);

運行結(jié)果：

12

GC情況：

幾乎沒有GC（可能還未達到觸發(fā)GC的臨界點），如果我合理初始化了StringBuilder 容量，生產(chǎn)環(huán)境中結(jié)果差距將會更大。 呵呵 ^ ~ ^

其他

關(guān)于字符串留用和字符串池

一個程序集加載的時候，CLR默認會留用該程序集元數(shù)據(jù)中描述的所有文本常量字符串。由于可能會出現(xiàn)額外的哈希表查找造成的性能下降的現(xiàn)象，所以現(xiàn)在可以禁用這個特性了。

coding中我們平常比較兩個字符串是否相等，那這個過程是怎么樣的呢？

• 首先判斷字符的數(shù)量是否相等。
• CLR逐個對比字符最終確定是否相等。

這個場景是適合字符串留用的。因為不再需要經(jīng)過以上的兩個步驟，直接哈希表拿到value就可以對比確定了。

關(guān)于字符串拼接性能

基于以上所有知識，那是不是StringBuilder拼接字符串性能永遠都高于符號‘+'呢？答案是否定的。

 static void Main(string[] args)
  {
   int count = 10000000;
   Stopwatch sw = new Stopwatch();
   sw.Start();   
   string str1 = "str1", str2 = "str2", str3 = "str3";
   for (int i = 0; i < count; i++)
   {
    string s = str1 + str2 + str3;
   }
   sw.Stop();
   Console.WriteLine($@"+用時： {sw.ElapsedMilliseconds}" );

   sw.Reset();
   sw.Start();
   for (int i = 0; i < count; i++)
   {
    StringBuilder sb = new StringBuilder();//聽說程序員都這樣命名StringBuilder
    sb.Append(str1).Append(str2).Append(str3);
   }
   sw.Stop();
   Console.WriteLine($@"StringBuilder.Append 用時： {sw.ElapsedMilliseconds}");

   Console.Read();
  }

運行結(jié)果：

+用時： 553
StringBuilder.Append 用時： 975

符號‘+'最終會調(diào)用String.Concat方法，當(dāng)同時連接幾個字符串時，并不是每連接一個都分配一次內(nèi)存，而是把幾個字符都作為 String.Concat方法的參數(shù)，只分配一次內(nèi)存。所以在拼接的字符串個數(shù)比較少的場景下，String.Concat 性能是略高于StringBuilder.Append。string.Format 方法最終調(diào)用的是StringBuilder，這里不做展開討論了，請自行參考其他文檔。

所以萬事都不是絕對的！！每個事物都有適合自己的場景,我們都需要自己去探索。（程序員太累了）

以上都是非生產(chǎn)環(huán)境測試結(jié)果，如果錯誤，請及時指正

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對腳本之家的支持。

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