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C#中字符串优化String.Intern、IsInterned详解

2017-12-13 11:38 来源:未知 编辑:admin

前言

string是一种很特殊的数据类型,它既是基元类型又是引用类型,在编译以及运行时,.Net都对它做了一些优化工作,正式这些优化工作有时会迷惑编程人员,使string看起来难以琢磨。本文将给大家详细介绍关于C#字符串优化String.Intern、IsInterned的相关内容,分享出来供大家参考学习,下面话不多说了,来一起看看详细的介绍吧。

首先看一段程序:

using System;
 
class Program
{
 static void Main(string[] args)
 {
 string a = "hello world";
 string b = a;
 a = "hello";
 Console.WriteLine("{0}, {1}", a, b);
 Console.WriteLine(a == b);
 Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(a, b));
 }
}

这个没有什么特殊的地方,相信大家都知道运行结果:

hello, hello world
False
False

第二个WriteLine使用==比较两个字符串,返回False是因为他们不一致。而最后一个WriteLine返回False,因为a、b的引用不一致。

接下来,我们在代码的最后添加代码:

Console.WriteLine((a + " world") == b);
Console.WriteLine(object.ReferenceEquals((a + " world"), b));

这个的输出,相信也不会出乎大家的意料。前者返回True,因为==两边的内容相等;后者为False,因为+运算符执行完毕后,会创建一个新的string实例,这个实例与b的引用不一致。

上面这些就是对象的通常工作方式,两个独立的对象可以拥有同样的内容,但他们却是不同的个体。

接下来,我们就来说一下string不寻常的地方

看一下下面这段代码:

using System;

class Program
{
 static void Main(string[] args)
 {
 string hello = "hello";
 string helloWorld = "hello world";
 string helloWorld2 = hello + " world";
 
 Console.WriteLine("{0}, {1}: {2}, {3}", helloWorld, helloWorld2,
 helloWorld == helloWorld2,
 object.ReferenceEquals(helloWorld, helloWorld2));
 }
}

运行一下,结果为:

hello world, hello world: True, False

再一次,没什么意外,==返回true因为他们内容相同,ReferenceEquals返回False因为他们是不同的引用。
现在在后面添加这样的代码:

helloWorld2 = "hello world";
Console.WriteLine("{0}, {1}: {2}, {3}", helloWorld, helloWorld2,
 helloWorld == helloWorld2,
 object.ReferenceEquals(helloWorld, helloWorld2));

运行,结果为:

hello world, hello world: True, True

等一下,这里的hellowWorld与helloWorld2引用一致?这个结果,相信很多人都有些接受不了。这里的helloWorld2与上面的hello + " world"应该是一样的,但为什么ReferenceEquals返回的是True?

String.Intern

有经验的程序员们,应该知道,一个大型项目中,字符串的数量是巨大的。有些时候会出现几百、几千、甚至几万的重复字符串存在。这些字符串的内容相同,但却会重复分配内存,占用巨额的存储空间,这个肯定是要优化处理的。而C#在处理这个问题的时候,采用的就是普遍的做法,建立内部的池,池中每一个不同的字符串存在唯一一个个体在池中(这个方案在各种大型项目中都能见得到)。而C#毕竟是一种语言,而不是一个面向某个具体领域的技术,所以,它不能将这种内部的池技术,做成全部自动化的。因为我们不知道,将来C#会被使用到何种规模的项目中。如果完全自动化维护这个内部池,可能会在大型项目中,造成内存的巨大浪费,毕竟不是所有的字符串都有必要加到这个常驻的池中的。于是,C#提供了String.Intern和String.IsInterned接口,交给程序员自己维护内部的池。

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,例如:

Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(String.Intern(helloWorld), String.Intern(helloWorld2)));

这段代码将返回True,尽管helloWorld与helloWorld2的引用不同,但他们的内容相同。

这里我们花几分钟,测试一下String.Intern,因为在某些情况下,它产生的结果,有点违反直觉。这里是一个例子:

string a = new string(new char[] {'a', 'b', 'c'});
object o = String.Copy(a);
Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(o, a));
String.Intern(o.ToString());
Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(o, String.Intern(a)));

第一个WriteLine返回False很好理解,因为String.Copy创建了一个a的新的实例,所以,o与a的引用不用。

但为什么第二个WriteLine返回的是True?思考一下吧,下面再看一个例子:

object o2 = String.Copy(a);
String.Intern(o2.ToString());
Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(o2, String.Intern(a)));

这个看起来,与上面的做了同样的事,但为什么WriteLine返回的是False?

首先,需要说明一下ToString的工作方式,它总是返回它自身的引用。o是一个指向“abc”的变量,调用ToString返回的就是这个引用。所以,对于上面的内容,可以这样解释:

  • 开始,变量a指向字符串对象“abc”(#1),变量o指向另一个字符串对象(#2),也包含“abc”。
  • 调用String.Intern(o.ToString())将对象#2的引用添加到内部池中。
  • 现在#2对象已经存在池中了,任何时候,使用“abc”调用String.Intern都将返回#2的引用(o指向了这个对象)。
  • 所以,当你使用ReferenceEquals比较o和String.Intern(a)时,返回True。因为String.Intern(a)返回的是#2的引用。
  • 现在我们创建一个新的变量o2,使用String.Copy(a)创建一个新的对象#3,它也包含“abc”。
  • 调用String.Intern(o2.ToString())没有向内部池中添加任何内容,因为“abc”已经存在(#2)。
  • 所以,此时调用Intern返回的是对象#2的引用。注意,这里并没有使用类似o2 = String.Intern(o2.ToString())这样的代码。
  • 这就是为什么最后一行WriteLine打印的False的原因,因为我们在尝试比较#3与#2的引用。如果如7中所说,添加o2 = String.Intern(o2.ToString())这样的代码,WriteLine返回的就是True。

String.IsInterned

IsInterned,正如它的名字,判断一个字符串是不是已经在内部池中。如果传入的字符串已经在池中,则返回这个字符串对象的引用,如果不再池中,返回null。

下面是一个IsInterned例子:

string s = new string(new char[] {'x', 'y', 'z'});
Console.WriteLine(String.IsInterned(s) ?? "not interned");
String.Intern(s);
Console.WriteLine(String.IsInterned(s) ?? "not interned");
Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(
String.IsInterned(new string(new char[] { 'x', 'y', 'z' })), s));

第一个WriteLine打印的是“not interned”,因为“xyz”还没有存在于内部池中;第二个WriteLine打印了“xyz”因为现在内部池中有了“xyz”;第三个WriteLine打印True,因为对象引用的就是内部池中的“xyz”。

常量字符串自动被加入内部池

改变最后一行代码为:

Console.WriteLine(object.ReferenceEquals("xyz", s));

你会发现,奇怪的事情发生了,这些代码不再输出“not interned”了,并且最后的两个WriteLine输出的是False!发生了什么?

原因就是这个最后添加的那行代码中的常量“xyz”,CLR会将程序中使用的字符常量自动添加到内部池中。所以,当最后一行被添加之后,“xyz”在程序“运行之前”(避免严谨,这里用引号)就已经存在于内部池中。所以,当调用String.IsInterned的时候,返回的不再是null,而是指向“xyz”的引用。这也解释了,为什么后面的ReferenceEquals返回False,因为s从来没有被加到内部池中,其指向也不是内部池的"xyz"。

编译器比你想象的要聪明

改变最后一行代码为:

Console.WriteLine(object.ReferenceEquals("x" + "y" + "z", s));

运行一下,你会发现运行结果和直接使用“xyz”一样。但这里使用了+运算符啊?编译器不应该知道”x“+"y"+"z"最终的结果吧?

实际上,如果你将”x“+"y"+"z"替换为String.Format("{0}{1}{2}",'x','y','z'),结果确实就不一样了。某种原因,CLR会将使用+运算符链接的字符串视为常量,而String.Format却需要在运行时才能知道结果。为什么?看一下下面的代码:

using System;
 
class Program {
 public static void Main() {
 Console.WriteLine("x" + "y" + "z");
 }
}

这段代码编译之后,使用Ildasm.exe查看,会看到:


Screenshot - ILDasm intern-xyz Main method.png

看到了吧,编译器足够聪明,将”x“+"y"+"z"替换为”xyz“。

总结

以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,如果有疑问大家可以留言交流,谢谢大家对脚本之家的支持。

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