詳解.Net中字符串不變性與相等判斷的特殊場景
今天寫bug的時候幫同事解決了一個有趣的問題,可能很多人都會答錯。分享給大家。
問題
請看以下例子,并回答問題。
var s1 = "12"; var s2 = "12"; //序列化方式1 var o3 = Newtonsoft.Json.JsonConvert.DeserializeObject<string>(Newtonsoft.Json.JsonConvert.SerializeObject(s1)); //序列化方式2 MemoryStream stream = new MemoryStream(); System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary.BinaryFormatter bf = new System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary.BinaryFormatter(); bf.Serialize(stream, s1); stream.Seek(0, SeekOrigin.Begin); var o4 = bf.Deserialize(stream); //====分割線=================================================== var e1 = object.ReferenceEquals(s1, s2); var e2 = o4 == s1; var e3 = s1.Equals(o4); var e4 = o3 == o4; Console.ReadKey();
請回答分割線后e1, e2, e3, e4 值為true還是false。
人人都知道在.Net中字符串是享元模式的經(jīng)典范例。字符串具有不變性。(至少在托管層,事實上可以在非托管層修改字符串的值),但你真的能回答對上面的問題么?
答案
e1 = true;
e2 = false;
e3 = true;
e4 = false;
要了解這個問題首先可以看下字符串在內(nèi)存中的布局。
如何在visual studio中查看變量的內(nèi)存布局
在VS中可以非常方便的查看托管或非托管變量的內(nèi)存值。方法如下。
- 依次在調(diào)試模式下打開 調(diào)試 -> 窗口 -> 內(nèi)存 -> 內(nèi)存1(1~4均可) 打開內(nèi)存對話框。
- 在地址欄中輸入變量名即可。
字符串變量在內(nèi)存中的布局
在.Net中字符串是以UTF-16格式在內(nèi)存中保存的。在本例中s1的內(nèi)存如下。
00 00 00 00 00 00 00 00 98 d6 fc e5 fb 7f 00 00 02 00 00 00 31 00 32 00
這里可能與你拿到的結(jié)果不一樣。你可能并沒有前8位0x00
,因為我把對象頭帶上了。下面依次解釋各段含義。
00 00 00 00 00 00 00 00
最開始的8比特是對象頭。其中,在64位下,高4位為0,低4位為一個不為0的數(shù)(這里由于并沒有執(zhí)行l(wèi)ock或Gethashcode操作,所以這里為0,感興趣的自行實驗.)98 d6 fc e5 fb 7f 00 00
對象的MethodTable
,根據(jù)類型而不同,對象的引用指向的位置。02 00 00 00
字符串長度,這里是2。31 00 32 00
字符串數(shù)組* char
,注意都是小端模式。
拿以上s1 s2 o3 o4
分別實驗可以發(fā)現(xiàn)他們的內(nèi)存一模一樣,其中s1 s2
直接就是同一塊內(nèi)存地址,但剩下的內(nèi)存地址都不一樣。
比較與解答
e1 = true;
通過內(nèi)存看合情合理,畢竟都同一塊內(nèi)存了。e2 = false;
這里如果用的VS的版本比較高的話,也能看出來。因為這里VS會提示:可能非有意的引用比較。
既然是引用比較,內(nèi)存地址都不一樣,肯定是false了。但是如果vs版本不高的話則迷惑性就較大了,其實這里做的是
ReferenceEquals
的比較。e3 = true;
這里問題出在.Net代碼里。字符串類型Equals
方法被重載了。
// Determines whether two strings match. public override bool Equals([NotNullWhen(true)] object? obj) { if (object.ReferenceEquals(this, obj)) return true; if (!(obj is string str)) return false; if (this.Length != str.Length) return false; return EqualsHelper(this, str); }
EqualsHelper
方法最終則調(diào)用如下。(在.Net 6下)
// Optimized byte-based SequenceEquals. The "length" parameter for this one is declared a nuint rather than int as we also use it for types other than byte // where the length can exceed 2Gb once scaled by sizeof(T). public static unsafe bool SequenceEqual(ref byte first, ref byte second, nuint length)
由于實現(xiàn)過于復(fù)雜(.Net framework 4.5.2下則較簡單,直接按長度比較char,有興趣的自行查閱),這里就不貼具體實現(xiàn)了。我們很容易看出這里比較的目的是比較兩段內(nèi)存是否相等,顯然為true
。
e4 = false;
這里是為了比較不同序列化方式的影響,和e2
類似,結(jié)果顯然是false
。
結(jié)論
雖然.Net中字符串是享元模式創(chuàng)建的,但并不能保證同一字符串在內(nèi)存里只有一份。比如序列化情況等例外情況。如果讀者知道其他情況也可以告訴我,提前說聲感謝
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