在.NET程序中小心使用String类型

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。
 

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