C#夯实基础之字符串

Posted 2020-08-19 西门吹牛

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了C#夯实基础之字符串相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

string作为我们在编程当中用的最多的数据类型,同时又由于它的特殊性,怎么强调它的重要性都不为过,理解string的一些类型和存储机制,有助于我们写出正确且高效的代码.

一.string类型

1.string的类型

string类型直接继承Object类型,Object类型是引用类型,因而string类型是引用类型无疑.

我们借助VS的类视图可以看到这一点:

这意味着:

(a).string类型不会在线程的堆栈中存储任何字符串,而是存储在堆上

(b).未初始时,它被设置为null

PS:在内部,string是用字符串char的集合来维护的

2.string声明的IL描述

在IL中,构造新实例的IL指令是newobj,是不是string也是这样?

我们使用如下代码:

 1 class Program
 2 {
 3      static void Main(string[] args)
 4     {
 5          string str = "Hello World!";
 6          string str2 = "Hello" + " My" + " World!";
 7           Person person = new Person();
 8      }
 9  }
10 
11 class Person
12 {
13     string Name;
14 }

我们查看IL代码如下:

可以看出

(a).对比1和3,构造Person对象使用了newobj指令,但是在构造字符串的时候,使用了专门的ldstr(load string)指令

(b).更进一步,编译器将这些字面值字符串放到模块的元数据中,在运行时加载和引用它们

(c).看2,对于使用+符合将各literal连接起来的写法,编译器在编译的过程中会直接连接他们.

二.string的操作带来的疑问

OK,通过第1部分,我们知道了,string是引用类型,它存储在堆中.

我们知道对于引用类型,赋值操作=会传递的是引用,不是值,但构造不同的引用类型时通常它们的引用也不同.如下面这种:

 1 class Program
 2 {
 3      static void Main(string[] args)
 4      {
 5            //Person实害?例
 6            Person person1 = new Person("A");
 7            Person person2 = new Person("A");
 8            Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(person1, person2));
 9 
10            //string
11            string str1 = "Hello World!";
12            string str2 = "Hello World!";
13            string str3 = "Hello " + "World!";
14            Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(str1, str2));
15            Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(str1, str3));
16 
17            Console.Read();
18        }
19 }
20 
21class Person
22 {
23    public Person(string strName)
24    {
25 
26    }
27 }

我们先给出运行结果:

我们知道object.ReferenceEquals是比较两个对象的引用是否一样,对于第1种Person的情况,我们可以理解,因为他们都是构造了不同的对象,引用的存储地址也是不同的.但对于第2种,第3种,string就像成为了值类型一样,返回了True,那么问题来了:

A.在声明的时候,string存储的是什么?

B.什么原因使得两个string的引用地址是一样的?

这就引出了我们要讨论的核心问题:字符串驻留.

三.字符串驻留

1.string存储的是引用

string对象存储的是引用,引用对象存储在堆中,会生成一个对象,同时将这个对象的地址(引用)给堆栈去使用.也就是说两个string引用了堆中同一块对象.

2.字符串驻留让两个string的引用地址是一样

在CLR初始化时,会创建一个Hash表,在这个表中,Key是字符串,值是字符串在堆中的地址.当声明一个字符串的时候,会先去这个HashTable中去找是否存在这个Key,如果存在则返回对应的引用,如果不存在则纳入HashTable.如下图所示:

Step1:当执行语句string str1 = "Hello World!";时,str1拿到了Add1;

Step2:当执行语句string str2= "Hello World!";时,CLR会去HashTable中去找,找到,返回Add1给str2;

Step3:现在用object.ReferenceEquals比较str1和str2的引用,因为都是Add1,因而返回True.

我们现在通过内存分析工具ANTS Memory Profile来证明,字符串驻留机制是确实存在的.

代码如下:

1 static void Main(string[] args)
2 {
3      Console.ReadLine();//第台?一?次?快ì照?位?置?
4      string str1 = "Hello World!";
5      string str2 = "Hello World!";
6      Console.ReadLine();//第台?二t次?快ì照?位?置?
7 }

加载两次快照,对比差异:

我们可以看到,在这里有一个string的实例进去了,而且整个过程当中,也只有这一个string实例进去了,我们可以进一步看下进去的内容是什么.

我们在这里发现了”Hello World!”字符串,并且只有一个.这也就从内存分析的角度证明了字符串驻留的存在.

3.驻留字符串的HashTable是不受GC管理,但表达式中存在variable时,则不驻留在HashTable

我们实验如下:

 1 static void Main(string[] args)
 2 {
 3      Console.ReadLine();//第1次快照位置
 4      Test();
 5      GC.Collect();
 6      Console.ReadLine();//第3次快照位置
 7 }
 8 
 9 static void Test()
10 {
11      string str1 = "Hello World!";
12      string str2 = "Hello World!" + str1;
13 Console.ReadLine();//第2次快照位置
14 }

第2次快照,我们可以看到:

进去了3个对象,分别是:byteIndex,”Hello World!”,”Hello World!Hello World!”

第3次快照是在调用了GC.Collect()后再进行的快照,以快照2为对比线,我们查看第3次快照.

我们看到,有一个对象被GC回收掉了,具体是什么被回收了?我们再看:

现在只剩下byteIndex,”Hello World!”两个对象,什么被回收了呢?显然是:”Hello World!Hello World!”

这也就证明了我们所说的:驻留字符串的HashTable是不受GC管理,但表达式中存在variable时,则不驻留在HashTable.

进一步:除非卸载AppDomain或进程终止,否则HashTable引用的string对象不能被释放.

4.字符串的驻留是基于整个进程的

我们添加两个不同的AppDomain,在各自的应用程序域中执行BuildString()方法,同时由于应用程序域之间本是不能访问彼此对象的,我们使用"封送(Marshaling)"机制,封送又分为按值分送(主要采用序列化的方式)和按引用封送(如采用.Net Remoting).这里,要实现按引用封送,Test类继承MarshalByRefObject类.

测试代码

class Program
{
     static void Main(string[] args)
     {
           Console.ReadLine();
            AppDomain domina1 = AppDomain.CreateDomain("First");
            Test t1 = (Test)domina1.CreateInstanceAndUnwrap(typeof(Test).Assembly.FullName, typeof(Test).FullName);
            t1.BuildString();

            AppDomain domina2 = AppDomain.CreateDomain("Second");
            Test t2 = (Test)domina1.CreateInstanceAndUnwrap(typeof(Test).Assembly.FullName, typeof(Test).FullName);
            t2.BuildString();

            Console.ReadLine();

        }
    }

public class Test : MarshalByRefObject
{
     public void BuildString()
     {
          var str1 = "Hello";
          var str2 = "Hello";
          var str3 = "World";
          var str4 = "World";
       }
}