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C# String字符串案例详解

运维开发网 https://www.qedev.com 2021-07-08 11:42 出处:网络 作者: 苍
string是一种很特殊的数据类型,它既是基元类型又是引用类型,在编译以及运行时,.Net都对它做了一些优化工作,正式这些优化工作有时会迷惑编程人员,使string看起来难以琢磨。这篇文章共四节,来讲讲关于string的陌

string是一种很特殊的数据类型,它既是基元类型又是引用类型,在编译以及运行时,.Net都对它做了一些优化工作,正式这些优化工作有时会迷惑编程人员,使string看起来难以琢磨。这篇文章共四节,来讲讲关于string的陌生一面。 

一.恒定的字符串

要想比较全面的了解stirng类型,首先要清楚.Net中的值类型与引用类型。

在C#中,以下数据类型为值类型: bool、byte、char、enum、sbyte以及数字类型(包括可空类型)

以下数据类型为引用类型: class、interface、delegate、object、stirng

看到了吗,我们要讨论的stirng赫然其中。被声明为http://www.cppcns.comstring型变量存放于堆中,是一个彻头彻尾的引用类型。那么许多同学就会对如下代码产生有疑问了,难道string类型也会“牵一发而动全身”吗?让我们先来看看以下三行代码有何玄机:

string a = "str_1";
string b = a;
a = "str_2";

不要说无聊,这一点时必须讲清楚的!在以上代码中,第3行的“=”有一个隐藏的秘密:它的作用我们可以理解为新建,而不是对变量“a”的修改。以下是IL代码,可以说明这一点:

.maxstack  1
.locals init ([0] string a,[1] string b)
IL_0000:  nop
IL_0001:  ldstr      "str_1"
IL_0006:  stloc.0
IL_0007:  ldloc.0
IL_0008:  stloc.1
IL_0009:  ldstr      "str_2"
IL_000e:  stloc.0  //以上2行对应 C#代码 a = "str_2";
IL_0015:  ret

  可以看出IL代码的第1、6行,由ldstr指令创建字符串"str_1",并将其关联到了变量“a”中;7、8行直接将堆栈顶部的值弹出并关联到变量“b”中;9、10由ldstr创建字符串"str_2",关联在变量“a”中(并没有像我们想象的那样去修改变量a的旧值,而是产生了新的字符串);

  在C#中,如果用new关键字实例化一个类,对应是由IL指令newobj来完成的;而创建一个字符串,则由ldstr指令完成,看到ldstr指令,我们即可认为,IL希望创建一个新的字符串 。(注意:是IL希望创建一个字符串,而最终是否创建,还要在运行时由字符串的驻留机制决定,这一点下面的章节会有介绍。)

  所以,第三行C#代码(a = "str_2";)的样子看起来是在修改变量a的旧值"str_1",但实际上是创建了一个新的字符串"str_2",然后将变量a的指针指向了"str_2"的内存地址,而"str_1"依然在内存中没有受到任何影响,所以变量b的值没有任何改变---这就是string的恒定性,同学们,一定要牢记这一点,在.Net中,string类型的对象一旦创建即不可修改!包括ToUpper、SubString、Trim等操作都会在内存中产生新的字符串。

本节重点回顾:由于stirng类型的恒定性,让同学友们经常误解,string虽属引用类型但经常表现出值的特性,这是由于不了解string的恒定性造成的,根本不是“值的特性”。例如:

string a = "str_1";
a = "str_2";

这样会在内存中创建"str_1"和"str_2"两个字符串,但只有"str_2"在被使用,"str_1"不会被修改或消失,这样就浪费了内存资源,这也是为什么在做大量字符串操作时,推荐使用StringBuilder的原因。

二..Net中字符串的驻留(重要)

  在第一节中,我们讲了字符串的恒定性编程客栈,该特性又为我们引出了字符串的另一个重要特性:字符串驻留。

从某些方面讲,正是字符串的恒定性,才造就了字符串的驻留机制,也为字符串的线程同步工作大开方便之门(同一个字符串对象可以在不同的应用程序域中被访问,所以驻留的字符串是进程级的,垃圾回收不能释放这些字符串对象,只有进程结束这些对象才被释放)。

我们用以下2行代码来说明字符串的驻留现象:

string a = "str_1";
string b = "str_1";

  请各位同学友思考一下,这2行代码会在内存中产生了几个string对象?你可能会认为产生2个:由于声明了2个变量,程序第1行会在内存中产生"str_1"供变量a所引用;第2行会产生新的字符串"str_1"供变量b所引用,然而真的是这样吗?我们用ReferenceEquals这个方法来看一下变量a与b的内存引用地址:

string a = "str_1";
string b = "str_1";
Response.Write(ReferenceEquals(a,b));   //比较a与b是否来自同一内存引用
//输出:True

  哈,各位同学看到了吗,我们用ReferenceEquals方法比较a与b,虽然我们声明了2个变量,但它们竟然来自同一内存地址!这说明string b = "str_1";根本没有在内存中产生新的字符串。

  这是因为,在.Net中处理字符串时,有一个很重要的机制,叫做字符串驻留机制。由于string是编程中用到的频率较高的一种类型,CLR对相同的字符串,只分配一次内存。CLR内部维护着一块特殊的数据结构,我们叫它字符串池,可以把它理解成是一个HashTable,这个HashTable维护着程序中用到的一部分字符串,HashTable的Key是字符串的值,而Value则是字符串的内存地址。一般情况下,程序中如果创建一个string类型的变量,CLR会首先在HashTable遍历具有相同Hash Code的字符串,如果找到,则直接把该字符串的地址返回给相应的变量,如果没有才会在内存中新建一个字符串对象。

  所以,这2行代码只在内存中产生了1个string对象,变量b与a共享了内存中的"str_1"。

好了,结合第一节所讲到的字符串恒定性与第二节所讲到的驻留机制,来理解一下下面3行代码吧:

string a = "str_1"; //声明变量a,将变量a的指针指向内存中新产生的"str_1"的地址
a = "str_2";  //CLR先会在字符串池中遍历,查看"str_2"是否已存在,如果没有,则新建"str_2",并修改变量a的指针,指向"str_2"内存地址,"str_1"保持不变。(字符串恒定)
string c = "str_2"; //CLR先会在字符串池中遍历"str_2"是否已存在,如果存在,则直接将变量c的指针指向"str_2"的地址。(字符串驻留)

那么如果是动态创建字符串呢?字符串还会不会有驻留现象呢?

我们分3种情况讲解动态创建字符串时,驻留机制的表现:

(1).字符串常量连接

string a = "str_1" + "str_2";
string b = "str_1str_2";
Response.Write(ReferenceEquals(a,b));   //比较a与b是否来自同一内存引用
//输出 :True

IL代码:

.maxstack  1
.locals init ([0] string a,[1] string b)
IL_0000:  nop
IL_0001:  ldstr      “str_1str_2”
IL_0006:  stloc.0
IL_0007:  ldstr      “str_1str_2”
IL_000c:  stloc.1
IL_000d:  ret

  其中第1、6行对应c#代码string a = “str_1” + “str_2”;第7、8对应c# string b = “str_1str_2”;可以看出,字符串常量连接时,程序在被编译为IL代码前,编译器已经计算出了字符串常量连接的结果,ldstr指令直接处理编译器计算后的字符串值,所以这种情况字符串驻留机制有效!

(2).字符串变量连接

string a = "str_1";
string b = a + "str_2";
string c = "str_1str_2";
Response.Write(ReferenceEquals(b,c));
//输出:False

IL代码:

.maxstack  2
.locals init ([0] string a, [1] string b, [2] string c)
IL_0000:  nop
IL_0001:  ldstr      “str_1”
IL_0006:  stloc.0
IL_0007:  ldloc.0
IL_0008:  ldstr      “str_2”
IL_000d:  call       string [mscorlib]System.String::Concat(string,string)
IL_0012:  stloc.1
IL_0013:  ldstr      “str_1str_2”
IL_0018:  stloc.2
IL_0019:  ret

  其中第1、6行对应string a = “str_1”;第7、8、9行对应string b = a + “str_2”;,IL用的是Concat方法连接字符串,第13、18行对应string c = “str_1str_2”;可以看出,字符串变量连接时,IL使用Concat方法,在运行时生成最终的连接结果,所以这种情况字符串驻留机制无效!

(3).显式实例化

string a = "a";
string b = new string('a',1);
Response.Write(ReferenceEquals(a, b));
//输出 False

IL代码:

.maxstack  3
.locals init ([0] string a,[1] string b)
IL_0000:  nop
IL_0001:  ldstr      "a"
IL_0006:  stloc.0
IL_0007:  ldc.i4.s   97
IL_0009:  ldc.i4.1
IL_000a:  newobj     instance void [mscorlib]System.String::.ctor(char, int32)
IL_000f:  stloc.1
IL_0010:  ret

  这种情况比较好理解,IL使用newobj来实例化一个字符串对象,驻留机制无效。从string b = new string('a',1);这行代码我们可以看出,其实string类型实际上是由char[]实现的,一个string的诞生绝不像我们想想的那样简单,要由栈、堆同时配合,才会有一个string的诞生。这一点在第四节会有介绍。

当然,当字符串驻留机制无效时,我们可以很简便的使用string.Intern方法将其手动驻留至字符串池中,例如以下代码:

string a = "a";
string b = new string('a',1);    
Response.Write(ReferenceEquals(a, string.Intern(b)));
//输出:True (程序返回Ture,说明变量"a"与"b"来自同一内存地址。)

三.有趣的比较操作

  在第一节与第二节中,我们分别介绍了字符串的恒定性与与驻留性,如果这位同学友觉得完全掌握了以上内容,那么就在第三节中检验一下自己的学习成果吧!以下10段简单的代码将通过值比较与地址引用比较,来说明前两节讲到的内容,大家也可以通过这些代码来检测一下自己对string的了解程度。

代码一:

string a = "str_1";
string b = "str_1";
Response.Write(a.Equals(b));
Response.Write(ReferenceEquals(a,b));

//输出:True (Equals比较字符串对象的值)
//输出:True (ReferenceEquals比较字符串对象的引用,由于字符串驻留机制,a与b的引用相同)

代码二:

string a = "str_1str_2";
string b = "str_1";
string c = "str_2";
string d = b + c;
Response.Write(a.Equals(d));
Response.Write(ReferenceEquals(a, d));

//输出:True (Equals比较字符串对象的值)
//输出:False(ReferenceEquals比较字符串对象的引用,由于变量d的值为变量连接的结果,字符串驻留机制无效)

代码三:

string a = "str_1str_2";
string b = "str_1" + "str_2";
Response.Write(a.Equals(b));
Response.Write(ReferenceEquals(a, b));

//输出:True (Equals比较字符串对象的值)
//输出:True (ReferenceEquals比较字符串对象的引用,由于变量b的值为常量连接的结果,字符串驻留机制有效。如果变量b的值由“常量+变量”的方式得出,则字符串驻留无效)

代码四:

string a = "str_1";
string b = String.Copy(a);
Response.Write(a.Equals(b));
Response.Write(ReferenceEquals(a, b));

//输出:True (Equals比较字符串对象的值)
//输出:False(ReferenceEquals比较字符串对象的引用,Copy操作产生了新的string对象)

代码五:

string a = "str_1";
string b = String.Copy(a);
b = String.Intern(b);
Response.Write(a.Equals(b));
Response.Write(ReferenceEquals(a, b));

//输出:True (Equals比较字符串对象的值)
//输出:True (ReferenceEquals比较字符串对象的引用,String.Intern实现了字符串驻留)

代码六:

string a = "str_1";
string b = String.Copy(a);
string c = "str_1";
Response.Write((object)a == (object)b);
Response.Write((object)a == (object)c);

//输出:False(“==”在两边为引用类型时,则比较引用的地址,所以a与b为不同引用)
//输出:True (“==”在两边为引用类型时,则比较引用的地址,所以a与c的引用相同)(原文:ReferenceEquals比较字符串对象的引用,a与c由于字符串驻留机制,引用相同)

代码七:

string a = "str_1";
strin编程客栈g c = "str_1";
Response.Write(a == c);

//输出:True(刚才我们提到过,“==”在两边为引用类型时,则比较引用的地址;如果是值类型时则需要比较引用和值。string为引用类型,那么上面的代码是比较了变量a与c的地址还是地址和值呢?
       答案是:比较了地址和值!因为在string类型比较的时候,“==”已经被重载为“Equals”了,所以,虽然你在用“==”比较两个引用类型,但实际上是在用“Equals”比较它们的地址和值!(先比较地址,地址不等再比较值))

代码八:

string a = "a";
string b = new string('a', 1);
Response.Write(a.Equals(b));
Response.Write(ReferenceEquals(a, b));

//输出:True (Equals比较值,a与b的值相同)
//输出:False(ReferenceEquals比较字符串对象的引用)

代码九:

string a = "a";
string b = new string('a', 1);
Response.Write(a.Equals(string.Intern(b)));
Response.Write(ReferenceEquals(a, string.Intern(b)));
//输出:True (Equals比较值,无论是否Intern都会相同)
//输出:True (ReferenceEquals比较字符串对象的引用,Intern已经将b驻留至字符串池内)

代码十:

string a = "str";
string b = "str_2".Substring(0,3);
Response.Write(a.Equals(b));
Response.Write(ReferenceEquals(a, b));
//输出:True (Equals比较值,a与c的值相同)
//输出:False(Refehttp://www.cppcns.comrenceEquals比较字符串对象的引用,Substring操作产生了新的字符串对象)

四.艺海拾贝

  这一节将主要给大家介绍一些string的常见问题。

(1)“string = ”与“new stirng()”的区别

string test = "a";
string test = new string('a', 1);

  以上两行代码的效果是一样的,它们的区别在于加载”a”的时间不同:第一行的“a”是一个常量,在编kLCzBpnzz译期就已经被放在一个叫做常量池的地方了,常量池通常装载一些在编译期被确定下来的数据,例如类、接口等等;而第二行是运行时CLR在堆中生成的值为“a”的字符串对象,所以后者没有字符串驻留。

(2). string 与 String的区别

  String的大名叫做System.String,在编译为IL代码时,string和System.String会生成完全相同的代码:(ps:long和System.Int64,float和System.Single等也有此特性)

C#代码:

string str_test = "test";
System.String Str_test = "test";

IL代码:

// 代码大小       14 (0xe)
.maxstack  1
.locals init ([0] string str_test,[1] string Str_test)
IL_0000:  nop
IL_0001:  ldstr      "test"
IL_0006:  stloc.0
IL_0007:  ldstr      "test"
IL_000c:  stloc.1
IL_000d:  ret

  所以,二者的区别并不在于底层,而是在于string是类似于int的基元类型;System. String是框架类库(FCL)的基本类型,二者之间有直接的对应关系。

(3).StringBuilder

  StringBuilder提供了高效创建字符串的方法,由StringBuilder表示的字符串是可变的(非恒定的),在需要多处使用“+”连接字符串变量的时候,推荐使用StringBuilder来完成,最后调用其ToString()方法输出。当调用了StringBuilder的ToString()方法之后,StringBuilder将返回其内部维护的一个字符串字段引用,如再次修改StringBuilder,它将会创建一个新的字符串,这时被修改的是新的字符串,原来已经返回的字符串才不会发生改变。

StringBuilder有两个比较重要的内部字段,大家需要掌握:

  m_MaxCapacity:StringBuilder的最大容量,它规定了最多可以放置到        

  m_StringValue的字符个数,默认值为Int32.MaxValue。m_MaxCapacity一旦被指定就不能再更改。

  m_StringValue:StringBuilder维护的一个字符数组串,实际上可以理解为一个字符串。StringBuilder重写的Tostring()方法返回的就是这个字段。

到此这篇关于C# String字符串案例详解的文章就介绍到这了,更多相关C# string字符串详解内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们!

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