C#中如何正確的操作字符串？

字符串應該是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，我們就會為一次字符串的操作所帶來的額外性能開銷而付出代價。本條建議將從兩個方面來探討如何規避這類性能開銷：1. 確保盡量少的裝箱2. 避免分配額外的內存空間。

第一個方面：確保盡量少的裝箱

對于裝拆箱，我們應該不陌生，值類型轉換成引用類型即為裝箱， 引用類型轉換成值類型即為拆箱。 在自己編寫的代碼中，應當盡可能的避免編寫不必要的裝箱代碼。裝箱之所以會帶來性能損耗，因為它需要完成下面三個步驟：• 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。• 然后，將值類型的值復制到新分配的堆內存中。• 最后，返回已經成為引用類型的對象的地址。

下面是一行最簡單的裝箱代碼

1 object obj = 1;

這行語句將整型常量1賦給object類型的變量obj； 眾所周知常量1是值類型，值類型是要放在棧上的，而object是引用類型，它需要放在堆上；要把值類型放在堆上就需要執行一次裝箱操作。

這行語句的IL代碼如下，請注意注釋部分說明：

.locals init ([0] object objValue) //以上三行IL表示聲明object類型的名稱為objValue的局部變量 IL_0000: nopIL_0001: ldc.i4.s 9 //表示將整型數9放到棧頂IL_0003: box [mscorlib]System.Int32 //執行IL box指令，在內存堆中申請System.Int32類型需要的堆空間IL_0008: stloc.0 //彈出堆棧上的變量，將它存儲到索引為0的局部變量中

以上就是裝箱所要執行的操作了，執行裝箱操作時不可避免的要在堆上申請內存空間，并將堆棧上的值類型數據復制到申請的堆內存空間上，這肯定是要消耗內存和cpu資源的。我們再看下拆箱操作是怎么回事：

請看下面的C#代碼：

object objValue = 4;int value = (int)objValue;

上面的兩行代碼會執行一次裝箱操作將整形數字常量4裝箱成引用類型object變量objValue；然后又執行一次拆箱操作，將存儲到堆上的引用變量objValue存儲到局部整形值類型變量value中。

同樣我們需要看下IL代碼：

.locals init ([0] object objValue,[1] int32 'value') //上面IL聲明兩個局部變量object類型的objValue和int32類型的value變量IL_0000: nopIL_0001: ldc.i4.4 //將整型數字4壓入棧IL_0002: box [mscorlib]System.Int32 //執行IL box指令，在內存堆中申請System.Int32類型需要的堆空間IL_0007: stloc.0 //彈出堆棧上的變量，將它存儲到索引為0的局部變量中IL_0008: ldloc.0//將索引為0的局部變量（即objValue變量）壓入棧IL_0009: unbox.any [mscorlib]System.Int32 //執行IL 拆箱指令unbox.any 將引用類型object轉換成System.Int32類型IL_000e: stloc.1 //將棧上的數據存儲到索引為1的局部變量即value

拆箱操作的執行過程和裝箱操作過程正好相反，是將存儲在堆上的引用類型值轉換為值類型并給值類型變量。

裝箱操作和拆箱操作是要額外耗費CPU和內存資源的。那如何避免裝箱和拆箱操作呢？有以下方法：1. 用泛型集合取代ArrayList。2. 用C#自帶的轉換方法，將值類型轉換為引用類型。下面我們看下使用泛型和不使用泛型引發裝箱拆箱的情況。1.使用非泛型集合時引發的裝箱和拆箱操作

看下面的一段代碼：

var array = new ArrayList();array.Add(1);array.Add(2);foreach (int value in array){Console.WriteLine(“value is {0}”,value);}

代碼聲明了一個ArrayList對象，向ArrayList中添加兩個數字1，2；然后使用foreach將ArrayList中的元素打印到控制臺。

在這個過程中會發生兩次裝箱操作和兩次拆箱操作，在向ArrayList中添加int類型元素時會發生裝箱，在使用foreach枚舉ArrayList中的int類型元素時會發生拆箱操作，將object類型轉換成int類型，在執行到Console.WriteLine時，還會執行兩次的裝箱操作；這一段代碼執行了6次的裝箱和拆箱操作；如果ArrayList的元素個數很多，執行裝箱拆箱的操作會更多。

你可以通過使用ILSpy之類的工具查看IL代碼的box，unbox指令查看裝箱和拆箱的過程

2. 使用泛型集合的情況

請看如下代碼：

1 var list = new List<int>();2 list.Add(1);3 list.Add(2);4 5 foreach (int value in list)6 {7 Console.WriteLine("value is {0}", value);8 }

代碼和1中的代碼的差別在于集合的類型使用了泛型的List，而非ArrayList；我們同樣可以通過查看IL代碼查看裝箱拆箱的情況，上述代碼只會在Console.WriteLine()方法時執行2次裝箱操作，不需要拆箱操作。

可以看出泛型可以避免裝箱拆箱帶來的不必要的性能消耗；當然泛型的好處不止于此，泛型還可以增加程序的可讀性，使程序更容易被復用等等。

但是我們注意到，在使用泛型集合的時候，Console.WriteLine()方法時仍然執行2次裝箱操作。能否將這兩次裝箱操作也優化掉呢？這就使用到了第二個方法，用C#自帶的轉換方法，將值類型轉換為引用類型。如下：

var list = new List<int>();list.Add(1);list.Add(2);foreach (int value in list){Console.WriteLine(string.Format("value is {0}", value.ToString()));}

再查看IL代碼時可以發現，裝箱操作已經被徹底消除了。它實際調用的是整形的ToString方法。ToString方法的原型為：

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

它是通過直接操作內存來完成從int到string的轉換，效率要比裝箱高很多。所以，在使用其他值類型到字符串的轉換并完成拼接時，應當避免使用操作符“+”來完成，而應該使用值類型提供的ToString方法。

第二個方面：避免分配額外的內存空間。對CLR來說，string對象是個很特殊的對象，它一旦被賦值就不可改變。在運行時調用System.String類中的任何方法或進行任何運算（如“=”賦值，“+”拼接等），都會在內存中創建一個新的字符串對象，這也意味著要為該新對象分配新的內存空間。像下面的代碼就會帶來運行時的額外開銷。

PRivate static void Test6(){string s1 = "abc";s1 = "123" + s1 + "456"; // 以上兩行代碼創建了3個String對象，并執行了一次String.Contact方法string s2 = 9 + "456"; // 該代碼發生一次裝箱，并調用一次String.Concact方法}private static void Test7(){string s1 = "123" + "abc" + "456"; // 該代碼等效于string s1 = "123abc456"}    

由于使用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并不會重新創建一個String對象，它的效率源于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字符長度小于等于16時，StringBuilder不會重新分配內存。當StringBuilder字符長度大于16時小于32時，StringBuilder又會重新分配內存，使之成為16的倍數。在上面的代碼中，如果預先判斷字符串的長度將大于16，則可以為其設定一個更加合適的長度。微軟還提供了另外一個方法來簡化這種操作，即使用string.Format方法。string.Format方法在內部使用StringBuilder進行字符串的格式化。

private static void Test9(){string a = "t";string b = "e";string c = "s";string d = "t";StringBuilder sb = new StringBuilder();sb.Append(a);sb.Append(b);sb.Append(c);sb.Append(d);Console.WriteLine(sb.ToString());}private static void Test10(){string a = "t";string b = "e";string c = "s";string d = "t";Console.WriteLine(string.Format("{0}{1}{2}{3}", a, b, c, d));}

最后總結：如何正確操作字符串：

1. 確保盡量少的拆裝箱操作：使用泛型，使用ToString()將值類型轉換為引用類型2. 避免分配額外的內存空間：不用+=, +操作符， 使用StringBuilder, String.Format()鏈接多個String

參考引用列表：?

http://www.49028c.com/yukaizhao/archive/2011/10/18/csharp_box_unbox_1.htmlhttp://www.49028c.com/yukaizhao/archive/2011/10/19/csharp_box_unbox_2.html?《編寫高質量代碼：改善C#程序的157個建議》