正确的使用字符串String

字符串作为所有编程语言中使用最频繁的一种基础数据类型。如果使用不慎，将会造成不必要的内存开销，为此而付出代价。而要优化此类型，从以下两点入手：

1、尽量少的装箱

2、避免分配额外的内存空间

先从第一点装箱的操作说起,查看如下代码:

 //发生装箱的代码
 String boxOperate = "test" + 4.5f;

其中间语言IL代码为如下：

    IL_0000: nop
    IL_0001: ldstr "test"
    IL_0006: ldc.r4 4.5
    IL_000b: box [mscorlib]System.Single
    IL_0010: call string [mscorlib]System.String::Concat(object, object)
    IL_0015: stloc.0
    IL_0016: call valuetype [mscorlib]System.ConsoleKeyInfo [mscorlib]System.Console::ReadKey()
    IL_001b: pop
    IL_001c: ret

不难看出，上述代码发生了装箱的操作(IL代码中的box).装箱之所以会发生性能损耗，因为它要完成如下三个步骤：

1、首先，会为值类型在托管堆中分配内存。除了值类型本身所分配的内存外，内存总量还要加上类型对象指针和同步块索引所占用的内存，

2、将值类型的值复制到新分配的堆内存中。

3、返回已经成为引用类型的对象的地址。

在来看以下代码：

//没有发生装箱的代码
 String boxOperate = "test" + 4.ToString();

其中间IL代码如下:

    IL_0000: nop
    IL_0001: ldstr "test"
    IL_0006: ldc.r4 4
    IL_000b: stloc.1
    IL_000c: ldloca.s 1
    IL_000e: call instance string [mscorlib]System.Single::ToString()
    IL_0013: call string [mscorlib]System.String::Concat(string, string)
    IL_0018: stloc.0
    IL_0019: call valuetype [mscorlib]System.ConsoleKeyInfo [mscorlib]System.Console::ReadKey()
    IL_001e: pop
    IL_001f: ret

如上，并没有发生任何装箱操作，但是达到的结果却是我们想要的。原因是 4.ToString() 这行代码并没有发生装箱行为，是实际调用的是浮点型的ToString()方法，其原型如下:

　public override string ToString(){
     return Number.FormatInt32(m_value, null, NumberFormat.CurrentInfo);
  }

可能有人会问，是不是原型中的 Number.Format_XXX方法会发生装箱行为呢？实际上，Number.Format_XXX方法是一个非托管的方法，其原型如下：

[MethodImpl(MethodImplOptions.InternalCall), SecurityCritical]
public statuc extern string FormatInt32(int value, string format,NumberFormatInfo info);

它是通过直接操作内存来完成 Int32 到 String 的转换，效率要比装箱高得多。所以，在使用其他值引用类型到字符串得转换比完成拼接时，应当避免使用操作符 “+” 来我完成，而应该使用值引用类型提供得ToString方法。

也许有人会问：即使FCL提供得方法没有发生装箱行为，但在其他情况下，FCL方法内部会不会含有装箱的行为？也许会存在，所以，本人推荐：编写代码中，应当尽量避免发生不必要的装箱代码。

第二个方面：避免分配额外的空间。对于CLR来说，String对象(字符串对象)是个很特殊的对象，它一旦被赋值就不可改变（在内存中）。在运行时调用System.String类中的任何方法或进行任何运算(’=‘赋值，’+‘拼接等)，都会在内存中创建一个新的字符串对象，这也意味着要为该新对象分配新的内存空间。如以下代码会带来额外开销。

private static void Test()
{
 　　String str1 = "aa";
     str1 = str1 + "123" + "345";
            //以上代码创建了3个String对象，并执行了一次String.Contact方法。
}

而在以下代码中，字符串不会在运行时拼接字符串，而是会在编译时直接生成一个字符串。

private static void Test()
{
String str= "aa" + "123" + "345";//等效 String str= "aa123345"；
}

private static void Test2()
{
const String str = "aa";
String newStr = "123" + str;
//因为str是一个常量，所以该代码等效于 String newStr = "123" + “aa”;
//最终等效于 String newStr = "123aa”;
}

由于使用System.String类会在某些场合带来明显的性能损耗，所以微软另外提供了一个类型StringBuilder来弥补String的不足。

StringBuilder并不会重新创建一个String对象，它的效率源于预先以非托管的方式分配内存。如果StringBuilder没有先定义长度，则默认分配的长度为16。当StringBuilder的长度大于16小于32时，StringBuild又会重新分配内存，使之成为16的倍数。StringBuilder重新分配内存时按照上次的容量加倍进行分配的。注意：StringBuilder指定的长度要合适，太小了，需要频繁分配内存；太大了，浪费内存空间。

　　以下是例子举例：

        private static String Test3()
        {
            String a = "t";
            a += "e";
            a += "s";
            a += "t";
            return a;
        }
        private static String Test4()
        {
            String a = "t";
            String b = "e";
            String c = "s";
            String d = "t";
            return a + b + c + d;
        }
        //以上两种效率都不高效。不要以为前者比后者创建的字符串对象更少，事实上，两者创建的字符串对象相等
        //且前者进行了3次的String.Contact方法调用，比后者还多了两次。

要完成上图的运行时的字符串拼接(注意：是运行时)，更佳的做法是使用StringBuilder类型，代码如下：

        private static String Test5()
        {
            String a = "t";
            String b = "e";
            String c = "s";
            String d = "t";
            StringBuilder sb = new StringBuilder(a);
            sb.Append(b);
            sb.Append(c);
            sb.Append(d);
            return sb.ToString();
            //因为说的是运行时，所以没必要使用以下代码
            //StringBuilder sb = new StringBuilder("t");
            //sb.Append("e");
            //sb.Append("s");
            //sb.Append("t");
            //return sb.ToString();
        }

微软还提供了另外一个来简化这种操作，即使用String.Format 方法。String.Format方法在内部使用StringBuilder 进行字符串格式化，如下图代码：

private static String Test6()
{
      //为演示，定义4个变量
      String a = "t";
      String b = "e";
      String c = "s";
      String d = "t";
      return String.Format("{0}{1}{2}{3}", a, b, c, d);
}

此次随笔结束！这是本人第一次写博客，如有什么错误的解释，欢迎批评指正。

Fode

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