在.NET程序中正确使用String类型

在实际程序中，String类型用得非常广泛，然而，由于.NET对String类型变量的独特管理方式，使用不当，会严重影响程序的性能。我们分几个方面来谈这个问题：

1 了解String数据的内存分配方式
编写一个控制台应用程序，输入以下测试代码：

     class Program
     {
         static void Main(string[] args)
         {
             String s = "a";
             s = "abcd";
         }
     }

使用.NET Framework 2.0 SDK提供的ildasm.exe工具查看生成的MSIL指令：

01   .method private hidebysig static void   Main(string[] args) cil managed
02   {
03     .entrypoint
04     // 代码大小        14 (0xe)
05     .maxstack   1
06     .locals init ([0] string s)
07     IL_0000:   nop
08     IL_0001:   ldstr       "a"
09     IL_0006:   stloc.0
10     IL_0007:   ldstr       "abcd"
11     IL_000c:   stloc.0
12     IL_000d:   ret
13   } // end of method Program::Main

简要解释一下上述MSIL指令代码：
第06句给局部变量s分配一个索引号（索引号从0开始，如函数中有多个局部变量，其索引号按在函数中出现的顺序加一）。
在编译时编译器会将代码中的两个字串“a”和“abcd”写入到程序集的元数据（metadata）中，此时，这两个字串被称为“字串字面量（string literal）”。
第08句使用ldstr指令为字串对象“a”分配内存，并将此对象引用压入到线程堆栈中。
第09句使用stloc指令从线程堆栈顶弹出先前压入的对象引用，将其传给局部变量s（其索引号为0）。
同样的过程对“abcd”重复进行一次，所以这两句简单的代码

             String s = "a";
             s = "abcd";

将会导致CLR使用ldstr指令分配两次内存。
根据上述分析，读者一定明白了String变量的内容是只读的，给其赋不同的值将会导致内存的重新分配。因此，为提高程序性能，编程时应尽量减少内存的分配操作。
下面对代码中常见的字串用法进行分析，从中读者可以知道如何避免严重影响程序性能的字串操作。

2 尽量少使用字串加法运算符

请看以下两段代码：

   （1）           String s1 = "ab";
                      s1+="cd";
   （2）           String s1="ab"+"cd"；

这两段代码运行结果一样，但速度一样快吗？
请看第（1）段代码生成的MSIL指令：

   .locals init ([0] string s1)
   IL_0000:   nop
   IL_0001:   ldstr       "ab"
   IL_0006:   stloc.0
   IL_0007:   ldloc.0
   IL_0008:   ldstr       "cd"
   IL_000d:   call        string [mscorlib]System.String::Concat(string,
                                                               string)
   IL_0012:   stloc.0
   IL_0013:   ret

再看第（2）段代码生成的指令：

.locals init ([0] string s1)
   IL_0000:   nop
   IL_0001:   ldstr       "abcd"
   IL_0006:   stloc.0
   IL_0007:   ret

可以很清楚地看到，第（1）段代码将导致String类的Concat()方法被调用（实现字串加法运算）。对于第（2）段代码，由于C#编译器聪明地在编译时直接将两个字串合并为一个字串字面量，所以程序运行时CLR只调用一次ldstr指令就完成了所有工作，其执行速度谁快就不言而喻了！

3 避免使用加法运算符连接不同类型的数据

请看以下代码：

String str = "100+100=" + 200;
      Console.Writeline(str);

生成的MSIL指令为：

   .maxstack   2
   .locals init ([0] string str)
   IL_0000:   nop
   IL_0001:   ldstr       "100+100="
   IL_0006:   ldc.i4      0xc8
   IL_000b:   box         [mscorlib]System.Int32
   IL_0010:   call        string [mscorlib]System.String::Concat(object,
                                                               object)
   IL_0015:   stloc.0
   IL_0016:   ldloc.0
   IL_0017:   call        void [mscorlib]System.Console::WriteLine(string)
   IL_001c:   nop
   IL_001d:   ret

可以清晰地看到，这两句C#代码不仅导致了String类的Concat()方法被调用（IL_0010），而且还引发了装箱操作（IL_000b）！
Concat()方法会导致CLR为新字串分配内存空间，而装箱操作不仅要分配内存，还需要创建一个匿名对象，对象创建之后还必须有一个数据复制的过程，代价不菲！
改为以下代码：

             String str = "100+100=";
             Console.Write(str);
             Console.WriteLine(200);

生成的MSIL指令为：

   .maxstack   1
   .locals init ([0] string str)
   IL_0000:   nop
   IL_0001:   ldstr       "100+100="
   IL_0006:   stloc.0
   IL_0007:   ldloc.0
   IL_0008:   call        void [mscorlib]System.Console::Write(string)
   IL_000d:   nop
   IL_000e:   ldc.i4      0xc8
   IL_0013:   call        void [mscorlib]System.Console::WriteLine(int32)
   IL_0018:   nop
   IL_0019:   ret

可以看到，虽然多了一次方法调用（Console.Write）方法，但却避免了复杂的装箱操作，也避免了调用String.Concat()方法对内存的频繁分配操作，性能更好。

4．在循环中使用StringBuilder代替String实现字串连接

在某些场合需要动态地将多个子串连接成一个大字串，比如许多复杂的SQL命令都是通过循环语句生成的。这时，应避免使用String类的加法运算符，举个简单的实例：

             String str ="";
             for (int i = 1; i <= 10; i++)
             {
                 str += i;
                 if(i<10)
                     str += "+";
             }

上述代码将生成一个字串：1+2+…+10。
有了前面的知识，读者一定知道这将导致进行10次装箱操作，19次字串内存分配操作（由String.Concat()方法引发），由于生成的MSIL指令太长，此处不再列出，请读者自行用ildasm.exe工具查看上述代码生成的MSIL指令。
改为以下代码，程序性能会好很多：

            //预先分配1K的内存空间
             StringBuilder sb = new StringBuilder(1024);
             for (int i = 1; i <= 10; i++)
             {
                 sb.Append(i);
                 if(i<10)
                     sb.Append("+");
             }
             String result = sb.ToString();

通过使用ildasm.exe工具查看生成的MSIL代码，发现虽然上述代码生成的MSIL指令比前面多了7条，但却避免了耗时的装箱操作，而且内存分配的次数也少了很多。当循环的次数很大时，两段代码的运行性能差异很大。