c#中String类型的存储原理详解
在我们正式了解c#中的String类型前,先来判断一下下面代码的结果吧~
String str1 = "123"; String str2 = str1; str2 = "321"; Console.WriteLine(str1);
上面代码的最终输出结果是123,如果有浅学过引用类型的同学一定会问:str2不是在存储的是str1的引用么?那么str2不是和str1指向堆中同一块内存空间么?为什么在引用了str2使其改变数据后再打印出str1最终还是打印出来123?
这也是我最初的疑问,但不要着急,一步一步看下去,相信很快能了解清楚。
在正式开始之前,我们先了解一下c#中的内存分区:
内存分区
- 栈区:由编译器自动分配释放 ,存放值类型的对象本身,引用类型的引用地址(指针),静态区对象的引用地址(指针),常量区对象的引用地址(指针)等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
- 堆区(托管堆):用于存放引用类型对象本身。在c#中由.net平台的垃圾回收机制(GC)管理。栈,堆都属于动态存储区,可以实现动态分配。
- (重点看)静态区及常量区:用于存放静态类,静态成员(静态变量,静态方法),常量的对象本身。由于存在栈内的引用地址都在程序运行开始最先入栈,因此静态区和常量区内的对象的生命周期会持续到程序运行结束时,届时静态区内和常量区内对象才会被释放和回收(编译器自动释放)。所以应限制使用静态类,静态成员(静态变量,静态方法),常量,否则程序负荷高。
- 代码区:存放函数体内的二进制代码。
在c#中,String的存储方式很特殊,在c#的内存中,在常量区里会分配一块空间叫做String暂存池(常量池),在某些时候,我们的字符串数据是存储在这个常量池中的,而地址依然是存放在栈中。
例如用 String str = "xXXXX" 的方式来创建String变量的话,那么String的值便会存储在String常量池中,在我们以这种方式创建String变量时,编译器会先判断你这个内容有没有已经在常量池出现过了,如果已经出现过,那么不会再在常量池中使用空间来存放一个相同的内容,这个内容只会固定有一个引用,所以在创造相同内容的String的时候,他们的引用都是相同的。又有一种情况:一开始A和B内容相同,就是说A与B的引用都相同时,此时将B的内容更改,那么B的内容在常量池中就会使用另一块空间,那么相应的B的引用也会改变,而A的引用并不会改变,因为A此时还是存储的原来的内容。我们可以来看简易的图解:
以上我们可以用代码来证实我们的结论:
String str1 = "123"; String str2 = "123"; Console.WriteLine("此时还未将str1中的值做改变:"); if(object.ReferenceEquals(str1,str2)) { Console.WriteLine("此时引用相同"); } else { Console.WriteLine("此时引用不相同"); } if (object.ReferenceEquals(String.Intern(str1), String.Intern(str2))) { Console.WriteLine("此时存储在同一块常量池中,且引用相同"); } else { Console.WriteLine("此时两字符串不相同,存在不同的空间中,且引用也不同"); } Console.WriteLine(); str1 = "12"; Console.WriteLine("此时将str1的值改变,比较str1与str2的引用和所指向的内存空间是否相同:"); if (object.ReferenceEquals(str1, str2)) { Console.WriteLine("此时引用相同"); } else { Console.WriteLine("此时引用不相同"); } if (object.ReferenceEquals(String.Intern(str1), String.Intern(str2))) { Console.WriteLine("此时存储在同一块常量池中,且引用相同"); } else { Console.WriteLine("此时两字符串不相同,存在不同的空间中,且引用也不同"); }
可以看到最终运行的结果:
为了更好理解以上代码,下面是对代码的一些东西的解释:
object.ReferenceEquals
这个是用来比较两个变量的引用是否一样,如果一样,那么则会返回true,否则将会返回false。
String.Intern
String.Intern的工作方式很好理解,你将一个字符串作为参数使用这个接口,如果这个字符串已经存在池中,就返回这个存在的引用;如果不存在就将它加入到池中,并返回引用。
当然,以上只是针对用String str = "XXXXX";这样创建变量的方式来讨论的,那么什么时候创建String会考虑这样的问题呢?下面来看情况总结:
我们要知道不是所有字符串都放在常量池当中:
存放暂存池:
- 用字面量值创建String对象,例:String str = "ABCD";
- 用String.Intern(),例:StringBuilder sb = new StringBuilder(“ABCD”);string str1 = “ABCD”;string str2=string.Intern(sb.ToString);
- 字符串拼接,例:str1 = "ABCD";str2 = "EFG";str1+str2。
不存放暂存池(存放在堆中):
- 使用str.Tostring,例:str1 = "ABCD";str2 = str1.ToString();
- 使用char[].Tostring(),例:str1=ABCD”; char[]charArray = str1.ToArray(); str2 = charArray.ToString();
- 使用new String(),例:
str1=”999”;char[] charArray = str1.ToArray();string str2 = new string(charArray);string str3 = new string(charArray); char[] charArray = {‘A','B'};str1 = “ABCDE”;str2 =”CDE”+charArray.Tostring(); char[] charArray1 = {‘A','B'};char charArray2 = {‘C','D','E'}; str1 =”ABCDE”;str2=charArray1.ToString()+charArray2.ToString();
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