正確的使用字符串String

字符串作為所有編程語言中使用最頻繁的一種基礎數據類型。如果使用不慎，將會造成不必要的內存開銷，為此而付出代價。而要優化此類型，從以下兩點入手：

1、盡量少的裝箱

2、避免分配額外的內存空間

先從第一點裝箱的操作說起,查看如下代碼:

 //發生裝箱的代碼
 String boxOperate = "test" + 4.5f;

其中間語言IL代碼為如下：

    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

不難看出，上述代碼發生了裝箱的操作(IL代碼中的box).裝箱之所以會發生性能損耗，因為它要完成如下三個步驟：

1、首先，會為值類型在托管堆中分配內存。除了值類型本身所分配的內存外，內存總量還要加上類型對象指針和同步塊索引所占用的內存，

2、將值類型的值復制到新分配的堆內存中。

3、返回已經成為引用類型的對象的地址。

 

在來看以下代碼：

//沒有發生裝箱的代碼
 String boxOperate = "test" + 4.ToString();

其中間IL代碼如下:

    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，並沒有發生任何裝箱操作，但是達到的結果卻是我們想要的。原因是 4.ToString() 這行代碼並沒有發生裝箱行為，是實際調用的是整數型的ToString()方法，其原型如下:

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

可能有人會問，是不是原型中的 Number.Format_XXX方法會發生裝箱行為呢？實際上，Number.Format_XXX方法是一個非托管的方法，其原型如下：

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

它是通過直接操作內存來完成 Int32 到 String 的轉換，效率要比裝箱高得多。所以，在使用其他值引用類型到字符串得轉換比完成拼接時，應當避免使用操作符 “+” 來我完成，而應該使用值引用類型提供得ToString方法。

也許有人會問：即使FCL提供得方法沒有發生裝箱行為，但在其他情況下，FCL方法內部會不會含有裝箱的行為？也許會存在，所以，本人推薦：編寫代碼中，應當盡量避免發生不必要的裝箱代碼。

 

第二個方面：避免分配額外的空間。對於CLR來說，String對象(字符串對象)是個很特殊的對象，它一旦被賦值就不可改變（在內存中）。在運行時調用System.String類中的任何方法或進行任何運算(’=‘賦值，’+‘拼接等)，都會在內存中創建一個新的字符串對象，這也意味着要為該新對象分配新的內存空間。如以下代碼會帶來額外開銷。

private static void Test()
{
 　　String str1 = "aa";
     str1 = str1 + "123" + "345";
            //以上代碼創建了3個String對象，並執行了一次String.Contact方法。
}

而在以下代碼中，字符串不會在運行時拼接字符串，而是會在編譯時直接生成一個字符串。

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;
//因為str是一個常量，所以該代碼等效於 String newStr = "123" + “aa”;
//最終等效於 String newStr = "123aa”;
}

       由於使用System.String類會在某些場合帶來明顯的性能損耗，所以微軟另外提供了一個類型StringBuilder來彌補String的不足。

       StringBuilder並不會重新創建一個String對象，它的效率源於預先以非托管的方式分配內存。如果StringBuilder沒有先定義長度，則默認分配的長度為16。當StringBuilder的長度大於16小於32時，StringBuild又會重新分配內存，使之成為16的倍數。StringBuilder重新分配內存時按照上次的容量加倍進行分配的。注意：StringBuilder指定的長度要合適，太小了，需要頻繁分配內存；太大了，浪費內存空間。

　　以下是例子舉例：

        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;
        }
        //以上兩種效率都不高效。不要以為前者比后者創建的字符串對象更少，事實上，兩者創建的字符串對象相等
        //且前者進行了3次的String.Contact方法調用，比后者還多了兩次。

要完成上圖的運行時的字符串拼接(注意：是運行時)，更佳的做法是使用StringBuilder類型，代碼如下：

        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();
            //因為說的是運行時，所以沒必要使用以下代碼
            //StringBuilder sb = new StringBuilder("t");
            //sb.Append("e");
            //sb.Append("s");
            //sb.Append("t");
            //return sb.ToString();
        }

微軟還提供了另外一個來簡化這種操作，即使用String.Format 方法。String.Format方法在內部使用StringBuilder 進行字符串格式化，如下圖代碼：

private static String Test6()
{
      //為演示，定義4個變量
      String a = "t";
      String b = "e";
      String c = "s";
      String d = "t";
      return String.Format("{0}{1}{2}{3}", a, b, c, d);
}

 總結：在使用String字符串時，應該盡量避免裝箱操作和“+”連接操作。

此次隨筆結束！這是本人第一次寫博客，如有什么錯誤的解釋，歡迎批評指正。