C# 之 string 解惑

      string是一種很特殊的資料類型，既是基元類型又是參考型別，在編譯以及運行時，.Net都對它做了一些最佳化工作，正式這些最佳化工作有時會迷惑編程人員，讓人懷疑它是否真的是參考型別？

疑惑一：字串恒定

1 string a = "string 01";
2 string b = a;
3 a = "string 02";
4 Console.WriteLine("a : {0}", a);
5 Console.WriteLine("b : {0}", b);
6 Console.WriteLine("a reference equal b is {0}",ReferenceEquals(a, b));

 b值恒定，沒有隨a值得改變而改變，a和b不指向同一個記憶體位址，Why？

疑惑二：字串駐留

1 string a = "string 03";
2 string b = "string 03"; 
3 Console.WriteLine("a reference equal b is {0}",ReferenceEquals(a, b));

建立2個參考型別，為什麼會指向同一個記憶體位址？

疑惑三：string = 與new stirng()的區別

1 string a = "x";
2 string b = new string('x',1);  
3 Console.WriteLine("a reference equal b is {0}",ReferenceEquals(a, b));

此時為什麼a和b又不指向同一個記憶體位址？

 

要弄清楚上述你問，我們有必要先瞭解一個託管程式是如何啟動並執行。

       當運行一個託管程式，CLR會為此建立一個Default AppDomain，但實際上Windows為程式做的事情遠不止這些。之所以說一個Application是在一個託管的環境下執行的，是指CLR對Application進行託管。所以CLR的載入是必須的。而.NET Framework是建立在Windows平台之上的，Windows可以看做是對電腦硬體的封裝，而.NET Framework則可以看成是對Windows的封裝，通過.NET Framework API封裝了對傳統Win32的封裝。正是因為Windows是.NET Framework的基礎架構，所以.NET Framework只能是利用Windows所能理解的方式進行構建。對於Windows來說，所有能被載入執行的都是一個PE檔案（Portable Executable file），比如exe和dll。CLR也一樣，他實際上是一個COM Server的形式實現在一個叫做MSCorWks.Dll中，該Dll存在於.NET Framework對應的目錄中。當程式開始啟動並執行時候，有一個稱為SystemDomain的AppDomain被建立，SystemDomain載入MSCorEE.Dll。通過定義在該DLL中的一個名為CorBindToRuntimeEx的函數載入對應版本的CLR，並返回一個非託管的ICLRRuntimeHost interface。SystemDomain是整個Process的樞紐，它負責建立、初始化、卸載SharedDomain和DefaultDomain。

     我們知道AppDomain是一個Assembly的託管容器，Assembly在一般情況下是基於某個單獨的AppDomain的，不能與另一個AppDomain共用的。但是有些公用性很強的Assembly，比如我們經常使用的一些基元類型object, int，Array，ValueType等，卻希望它被一個AppDomain載入之後，能夠被其他的AppDomain共用，這樣就可以省去很多記憶體空間和Assembly載入帶來的效能損失。這些Assembly就是被載入到SharedDomain中，我們常用的MScorLib.dll就是被以這樣的方式被載入的SharedDomain中的。Default Domain就是為具體的Application建立的AppDomain，它一般以可執行檔名命名。DefaultDomain中可以通過AppDomain.CreateAppDomain建立另一個AppDomain。所以當我們運行一個託管的Application的時候，實際上建立了3個不同AppDomain：SystemDomain，ShatedDomain和DefaultDomain，而SystemDomain和ShatedDomain基於整個進程的，能夠被DefaultDomain以及被它建立AppDomain共用的。

有了上面的基礎，我們就不難理解String的駐留機制的。String的駐留機制實際上是在SystemDomain中進行的。當CLR被載入之後，會在SystemDomain對應的managed heap中建立一個Hash table的資料結構，我們可以稱這個Hashtable為Interning table，因為它是被用來儲存被駐留的string的，Interning table的Key為string本身，Value為string對象的地址。當我們的託管程式需要一個string的時候，CLR首先在這個Hashtable根據這個string的hash code試著在Interning table中找對應的Item。如果成功找到，則直接把對應的引用返回，否則就在SystemDomain對應的managed heap中建立該string，並加入到Interning table中，並把引用返回。所以我們說字串的駐留是基於整個進程的，是可以跨AppDomain共用的。

答疑

• String的恒定性：String一經建立，在託管環境中它所對應的字元序列就無法更改，因此我們在做字串拼接的時候要用Stringbuilder，否則會產生大量駐留的字串。
• String的駐留：CLR對String的建立實行駐留機制，CLR只會維護具有不同字元序列的String。即在程式中使用到的具有完全相同的字元序列的String均是對應著同一個string對象，是對同一個段記憶體的引用，而且String的駐留機制不僅僅是基於某個單獨基於AppDomain的，而是針對整個進程的。
• string = 與new stirng()的區別：“string = ”載入字串的時間不同：第一行的“x”是一個常量，在編譯期就已經被放在一個叫做常量池的地方了，常量池通常裝載一些在編譯期被確定下來的資料；而“new stirng()”是運行時CLR在堆中產生的值為“x”的字串對象，所以後者沒有字串駐留。