前言

幾乎任何一個(gè)項(xiàng)目都離不開(kāi)對(duì)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(wèn)題，同時(shí)也為了使用更方便，C#中專門(mén)設(shè)置了兩個(gè)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(lái)供大家參考學(xué)習(xí)，下面話不多說(shuō)了，來(lái)一起看看詳細(xì)的介紹吧

擴(kuò)展閱讀：深入理解值類型和引用類型

基本概念

string（嚴(yán)格來(lái)說(shuō)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(gè)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(duì)應(yīng)的還有一個(gè)不常用的安全字符串類型System.Security.SecureString，它會(huì)在非托管的內(nèi)存上分配，以便避開(kāi)GC的黑手。主要用于安全性特高的場(chǎng)景。[具體可查看msdn這里不展開(kāi)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(duì)象的實(shí)例總是存在于堆上。
• String具有不變性，也就是說(shuō)一旦初始化，它的值將永遠(yuǎn)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(shí)例的關(guān)鍵字string只是System.String 類型的一個(gè)映射。

注意事項(xiàng)

• 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(tái)，將出現(xiàn)錯(cuò)誤。相反，推薦使用System.Environment類的NewLine屬性來(lái)生成回車符和換行符，可以跨平臺(tái)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(qǐng)查看性能部分。
• 字符串之前加@符號(hào)會(huì)改變編譯器的行為，如果加了@符號(hào)，編譯器會(huì)把String中的轉(zhuǎn)義字符視為正常字符來(lái)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(gè)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(huì)在運(yùn)行時(shí)直接加載。這也說(shuō)明String類型的常量在運(yùn)行時(shí)是有特殊待遇的。
• 由于字符串的不變性，也就意味著多個(gè)線程同時(shí)操作該字符串不會(huì)有任何線程安全的問(wèn)題。這在某些共享配置的設(shè)計(jì)中很有用。
• 如果程序經(jīng)常會(huì)對(duì)比重復(fù)度比較高的字符串，這會(huì)造成性能上的影響，因?yàn)閷?duì)比字符串是要經(jīng)過(guò)幾個(gè)步驟的。為此CLR引入了一個(gè)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(huì)在初始化的時(shí)候創(chuàng)建一個(gè)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(gè)靜態(tài)方法來(lái)操作這個(gè)哈希表：

String.Intern

String.IsInterned

具體請(qǐng)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(rèn)是不開(kāi)啟字符串留用功能的，因?yàn)槿绻绦虼罅堪炎址粲?，?yīng)用程序總體性能可能會(huì)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(gè)一模一樣值的常量字符串， c#的編譯器會(huì)在編譯期間把這些字符串合并為一個(gè)并寫(xiě)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(shí)引用的是同一個(gè)內(nèi)存地址的實(shí)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?jī)?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(jiàn)實(shí)例的值只分配了一次，但是有一點(diǎn)需要說(shuō)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(yùn)行結(jié)果：

字符串地址= 0x2e3c
字符串地址= 0x2e7c

平時(shí)coding避免不了字符串的連接，如果一個(gè)頻繁拼接字符串的場(chǎng)景下使用‘+'，對(duì)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(lái)優(yōu)化字符串的拼接。相對(duì)于String類型的不變性來(lái)說(shuō)，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(gè)Char的數(shù)組。另外還有容量（默認(rèn)為16），最大容量（默認(rèn)為int.MaxValue）等屬性。StringBuilder的優(yōu)勢(shì)在于字符總數(shù)未超過(guò)‘容量'的時(shí)候，底層數(shù)組不會(huì)重新分配，這和String每次都重新分配形成最大的對(duì)比。如果字符總數(shù)超過(guò)‘容量'，StringBuilder會(huì)自動(dòng)倍增容量屬性，用一個(gè)新的數(shù)組來(lái)容納原來(lái)的值，原來(lái)數(shù)組將會(huì)被GC回收?？梢?jiàn)如果StringBuilder頻繁的動(dòng)態(tài)擴(kuò)容也會(huì)損害性能，但是影響可能會(huì)比String小的多。 合理的設(shè)置StringBuilder初始容量對(duì)程序有很大幫助。測(cè)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(yùn)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(tīng)說(shuō)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(yùn)行結(jié)果：

12

GC情況：

幾乎沒(méi)有GC（可能還未達(dá)到觸發(fā)GC的臨界點(diǎn)），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(huì)更大。 呵呵 ^ ~ ^

其他

關(guān)于字符串留用和字符串池

一個(gè)程序集加載的時(shí)候，CLR默認(rèn)會(huì)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(huì)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(gè)特性了。

coding中我們平常比較兩個(gè)字符串是否相等，那這個(gè)過(guò)程是怎么樣的呢？

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

這個(gè)場(chǎng)景是適合字符串留用的。因?yàn)椴辉傩枰?jīng)過(guò)以上的兩個(gè)步驟，直接哈希表拿到value就可以對(duì)比確定了。

關(guān)于字符串拼接性能

基于以上所有知識(shí)，那是不是StringBuilder拼接字符串性能永遠(yuǎn)都高于符號(hào)‘+'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(shí)： {sw.ElapsedMilliseconds}" );

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

   Console.Read();
  }

運(yùn)行結(jié)果：

+用時(shí)： 553
StringBuilder.Append 用時(shí)： 975

符號(hào)‘+'最終會(huì)調(diào)用String.Concat方法，當(dāng)同時(shí)連接幾個(gè)字符串時(shí)，并不是每連接一個(gè)都分配一次內(nèi)存，而是把幾個(gè)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(gè)數(shù)比較少的場(chǎng)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(kāi)討論了，請(qǐng)自行參考其他文檔。

所以萬(wàn)事都不是絕對(duì)的?。∶總€(gè)事物都有適合自己的場(chǎng)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(cè)試結(jié)果，如果錯(cuò)誤，請(qǐng)及時(shí)指正

總結(jié)

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

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