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[你必須知道的.NET]第二十二回：字符串駐留（上）---帶著問題思考

發(fā)布日期：2008.8.27 作者：Anytao
? 2008 Anytao.com ，Anytao原創(chuàng)作品，轉(zhuǎn)貼請(qǐng)注明作者和出處。

說在，開篇之前

走鋼絲的人，在刺激中體驗(yàn)快感。帶著問題思考，在問題上迸發(fā)火花。 或者給問題以答案，或者給答案以問題，你可能永遠(yuǎn)無法看清全部，但是總能從一點(diǎn)突破很多。事實(shí)的關(guān)鍵就在于面對(duì)問題，我該如何思考？ String Interning（字符串駐留）就是這樣一個(gè)值得思考的話題，帶著問題思考，我們至少要理清以下幾個(gè)問題： 什么是string？ 什么是字符串駐留？ 字符串駐留的運(yùn)行機(jī)制及執(zhí)行過程？ 字符串駐留的其他問題？ 帶著幾個(gè)問號(hào)，你必須知道的.NET，繼續(xù)更多體驗(yàn)。                                                                                                                       www.anytao.com

1 帶著問題？

帶著問題思考，是技術(shù)探索的最佳實(shí)踐， 每當(dāng)我收到很多朋友來函探討技術(shù)的問題，總能給我很多的技術(shù)思索和驚喜，今天我們的話題就是由一個(gè)朋友的來函開始的，你可以通過鏈接打開KiMoGiGi在To 王濤 的問題一文中精彩絕倫的思考和探討，帶著他的提問，引著我的思考，完成本文對(duì)string的一點(diǎn)點(diǎn)探討。

快捷參考

KiMoGiGi，《To 王濤 的問題》                                                                                                                       www.anytao.com

首先，本文也無一例外的從8個(gè)測(cè)試開始，也希望讀者能沿著這幾個(gè)簡(jiǎn)單的示例來思考答案。如果對(duì)此包含熱情，不妨可以試試，你開始了嗎？

        // Release : code01, 2008/08/20        

        // Author  : Anytao, http://www.anytao.com 

        static void Main() 

        { 

            string s1 = "abc"; 

            Console.WriteLine(string.IsInterned(s1) ?? "null"); 

        }

這是個(gè)簡(jiǎn)單的例題，可以很快給出答案。

        // Release : code02, 2008/08/20        

        // Author  : Anytao, http://www.anytao.com

        static void Main() 

        { 

            string s1 = "ab"; 

            s1 += "c"; 

            Console.WriteLine(string.IsInterned(s1) ?? "null"); 

        }

稍加修改，這回的答案又該如何分析，我們繼續(xù)。

        // Release : code03, 2008/08/20        

        // Author  : Anytao, http://www.anytao.com

        static void Main() 

        { 

            string s1 = "abc"; 

            string s2 = "ab"; 

            s2 += "c"; 

            string s3 = "ab"; 

            Console.WriteLine(string.IsInterned(s1) ?? "null"); 

            Console.WriteLine(string.IsInterned(s2) ?? "null"); 

            Console.WriteLine(string.IsInterned(s3) ?? "null"); 

        }

如果上述執(zhí)行過程，你能很快給出答案，那么恭喜了，第一關(guān)看來不是那么費(fèi)勁，我們接著思考，繼續(xù)第二關(guān)：

        // Release : code04, 2008/08/20        

        // Author  : Anytao, http://www.anytao.com

        static void Main() 

        { 

            string s1 = "abc"; 

            string s2 = "ab"; 

            string s3 = s2 + "c"; 

            Console.WriteLine(string.IsInterned(s3) ?? "null"); 

        }

還有一個(gè)，我們繼續(xù)

        // Release : code05, 2008/08/20        

        // Author  : Anytao, http://www.anytao.com

        static void Main() 

        { 

            string s2 = "ab"; 

            s2 += "c"; 

            Console.WriteLine(string.IsInterned(s2) ?? "null"); 

            string s1 = "abc"; 

        }

你的答案怎么是？我們還是接著迎接挑戰(zhàn)：

        // Release : code06, 2008/08/20        

        // Author  : Anytao, http://www.anytao.com

        static void Main() 

        { 

            string s2 = "ab"; 

            s2 += "c"; 

            Console.WriteLine(string.IsInterned(s2) ?? "null"); 

            string s1 = GetStr(); 

        }         

        private static string GetStr() 

        { 

            return "abc"; 

        }

這是第二關(guān)了，你的思考肯定還在繼續(xù)，我們第三關(guān)也呼之欲出：

        // Release : code07, 2008/08/20        

        // Author  : Anytao, http://www.anytao.com

        public const string s1 = "abc"; 

        static void Main() 

        { 

            string s2 = "ab"; 

            s2 += "c"; 

            Console.WriteLine(string.IsInterned(s2) ?? "null"); 

        }

最后一個(gè)，沖出藩籬：

        // Release : code08, 2008/08/20        

        // Author  : Anytao, http://www.anytao.com

        public static string s1 = "abc"; 

        static void Main() 

        { 

            string s2 = "ab"; 

            s2 += "c"; 

            Console.WriteLine(string.IsInterned(s2) ?? "null"); 

        }

過關(guān)斬將，三輪PK，是英雄比高。不管怎樣，你的答案和思考，肯定會(huì)讓大家對(duì)string刮目相看，是否和你一直以來的認(rèn)識(shí)統(tǒng)一呢？在此感謝KiMoGiGi 給我的啟示。有了問題，我們更需要的是思考、探討和反思。

2 欲求思考

欲求思考，則從基本開始，對(duì)于理解整個(gè)string intern機(jī)制是大有裨益的，因此深入的第一步就從基本概念開始。隨著我們分析的層層深入，就會(huì)發(fā)現(xiàn)看似曲折的結(jié)果，原來不過如此而已，這正是技術(shù)探求的最佳方式。

什么是string

什么是string呢，提起這個(gè)問題，我想下面的圖例可以給出一點(diǎn)啟示：

string在本質(zhì)上就是一連串的有順序的字符集合。

簡(jiǎn)單的說，string就是char[]，而在.NET中string頭一回具有了類的概念，暗合了.NET一切皆為對(duì)象的大一統(tǒng)格局?；貧w本質(zhì)，我們重新審視如此另類而多彩的string，你會(huì)不禁明白，string本質(zhì)上就是一個(gè)16位Unicode字符數(shù)組。打開string的Disassemble代碼，我們可直擊其本質(zhì)：

    [Serializable, ComVisible(true)]

    public sealed class String : IComparable, ICloneable, IConvertible, IComparable<string>, IEnumerable<char>, IEnumerable, IEquatable<string>

    {

    }

結(jié)合string的定義，我們可以看出其基本的特性主要包括：

• 引用類型，string本質(zhì)上是引用類型，相關(guān)內(nèi)容參考《你必須知道的.NET》 對(duì)值類型和引用類型的討論。
• 字符串恒等性。
• 字符串駐留性，本文的研究重點(diǎn)。
• 密封性，由sealed關(guān)鍵字可見，sealed特性為實(shí)現(xiàn)字符串恒等性和字符串駐留機(jī)制，提供了基礎(chǔ)保證，具體的原因參見《你必須知道的.NET》 關(guān)于string的相關(guān)論述。

關(guān)于這些特性并非本文關(guān)注的熱點(diǎn)，還有大量的命題值得我們關(guān)注，總結(jié)起來還可包括：

• 字符串比較：以等價(jià)規(guī)則而非恒等規(guī)則進(jìn)行比較。
• 常用方法：Trim()、ToLow()、Replace()、Split()、PadRight()、SubString()和Join()
• 格式化。
• 轉(zhuǎn)移字符。
• StringBuilder，另一個(gè)重要的話題。
• Encoding，編碼。
• Culture & Internationalization，語言文化。
• overloads == ，==重載。

由此可知，string真是一個(gè)豐富而多彩的技術(shù)倉庫，飽含了.NET技術(shù)中很多精髓與技巧，我們不可能在本文中盡述其然，更多的論述和分析可以參考以下信息：

快捷參考

關(guān)，你可以參考： string的更多技術(shù)與規(guī)則，可以參考《你必須知道的.NET》 8.3節(jié)“如此特殊：大話String” 等價(jià)規(guī)則和恒等規(guī)則，可以參考《你必須知道的.NET》 8.2節(jié)“規(guī)則而定：對(duì)象判等”                                                                                                                       www.anytao.com

接下來，本文的主題閃亮登場(chǎng)。

什么是字符串駐留（String Interning）

回歸經(jīng)典，我們首先給出MSDN對(duì)于字符串駐留的一點(diǎn)討論：

公共語言運(yùn)行庫通過維護(hù)一個(gè)表來存放字符串，該表稱為拘留池，它包含程序中以編程方式聲明或創(chuàng)建的每個(gè)唯一的字符串的一個(gè)引用。因此，具有特定值的字符串的實(shí)例在系統(tǒng)中只有一個(gè)。

例如，如果將同一字符串分配給幾個(gè)變量，運(yùn)行庫就會(huì)從拘留池中檢索對(duì)該字符串的相同引用，并將它分配給各個(gè)變量。

之所以，將string這個(gè)熟悉的命題拿出來造輪子，并不是再造個(gè)輪子自己陶醉。關(guān)于string的輪子，實(shí)在太多了，而且個(gè)個(gè)不順眼，它就像編程的精靈，四處可見隨處都有。string是如此的重要，以至于CLR必須以特殊的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)string類型的管理、存取和布局，在這些復(fù)雜的特殊表象中，字符串駐留機(jī)制是string特殊性的集中體現(xiàn)，它的基本原理可以概括為：

• CLR維護(hù)一個(gè)類似于哈希表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用于維護(hù)對(duì)于字符串的統(tǒng)一管理。
• 但JIT編譯時(shí)，CLR首先查找哈希表，如果沒有找到匹配的字符串記錄，則在托管堆中創(chuàng)建新的string實(shí)例，并為哈希表添加一個(gè)鍵值對(duì)記錄；下一次查找相同string時(shí)，則只返回該記錄的值給第二次創(chuàng)建的string對(duì)象。
• 通過這種方式，字符串駐留機(jī)制有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)string的池管理，節(jié)省了大量的內(nèi)存空間。

詳細(xì)的字符串駐留機(jī)制，敬請(qǐng)參考：

快捷參考

關(guān)于字符串駐留機(jī)制的詳細(xì)過程，不是本文所要解決的主要問題，你可以參考： 《你必須知道的.NET》 8.3節(jié)“如此特殊：大話String” 中的詳細(xì)分析 Artech， [原創(chuàng)]再說String                                                                                                                       www.anytao.com

我們可以從code01盡情領(lǐng)略字符串駐留機(jī)制的基本原理，然而關(guān)于字符串駐留，并不是幾句簡(jiǎn)單原理就能全面概括的問題。

注意：動(dòng)態(tài)創(chuàng)建的字符串是不執(zhí)行字符串駐留機(jī)制的，例如通過：

        // Release : code09, 2008/08/25                

        // Author  : Anytao, http://www.anytao.com

        static void Main()

        {

            string s1 = "abc";

            string s2 = "ab";

            string s3 = s2 + "c";

            Console.WriteLine(ReferenceEquals(s1, s3));

        }

但是對(duì)于“動(dòng)態(tài)”二字的把握并非一件簡(jiǎn)單的事情，什么情況下執(zhí)行字符串駐留，而什么時(shí)候不會(huì)執(zhí)行字符串駐留，在.NET spec中我并沒有找出足夠精確的正解來闡釋這個(gè)問題，例如code06示例中，string s1 = GetStr(); 的位置很大程度上決定了是否執(zhí)行字符串駐留條件，從code06示例的結(jié)果可見，string.IsInterned(s2)并未收獲返回“abc”的預(yù)期結(jié)果，而下面的示例則又給出意想不到的答案：

        // Release : code10, 2008/08/25                

        // Author  : Anytao, http://www.anytao.com

        static void Main()

        {

            //在這個(gè)位置返回abc

            string s1 = GetStr();

            string s2 = "ab";

            s2 += "c";

            Console.WriteLine(string.IsInterned(s2) ?? "null");

        }

        private static string GetStr()

        {

            return "abc";

        }

對(duì)比code06和code10，我們發(fā)現(xiàn)不同的只是string s1 = GetStr(); 的位置，而結(jié)果卻大相徑庭。

為什么？

位置的不同而導(dǎo)致觸發(fā)字符串駐留機(jī)制是否執(zhí)行的條件不同，這正是我們通過實(shí)例反向驗(yàn)證的最佳體現(xiàn)。那么，你的思考呢？

這些看似熟悉的問題，其實(shí)都值得推敲，本文沒有太多的精力兼顧所有，只能在邊緣之余探討一下遺留在字符串駐留機(jī)制中一些并不是很清楚的問題，算是對(duì)字符串駐留機(jī)制的進(jìn)一步探討，主要包括：

• CLR的加載過程。
• intern pool在什么時(shí)候創(chuàng)建，如何創(chuàng)建？
• 駐留機(jī)制的簡(jiǎn)述。
• 方法的調(diào)用過程。
• 介紹IsInterned和Intern方法。
• string intern的失效和弊端。

以解決本文開題的幾個(gè)典型的問題，同時(shí)順便解答KiMoGiGi在To 王濤 的問題中提出的問題。下面我們一一揭開這些問題的神秘面紗。

作為字符串駐留機(jī)制探討的第一篇，我們從問題出發(fā)引出對(duì)于字符串駐留的定義和概念，在未來的篇章中除了說明上述問題之外，我們還將力圖解釋開篇8個(gè)示例的個(gè)中結(jié)果，并對(duì)可能的情況和問題進(jìn)行一些對(duì)比性的推敲。

事實(shí)上，由string intern而引發(fā)的技術(shù)論題，還有很多值得我們品味和玩味，這也正是這個(gè)本文及其后續(xù)篇章力圖做出的努力。

敬請(qǐng)期待，本篇后文。。。

Anytao | 2008-08-27 | 你必須知道的.NET

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特別鳴謝

Jeffery Richter，對(duì)于我的問題，Jeffery先生及時(shí)給出自己的見解，讓我頓時(shí)感受到大師的品格。

KiMoGiGi，是他的問題帶來本文的思考，這些難得的線索構(gòu)成了我們進(jìn)行探討的基礎(chǔ)話題，巧婦難為無米之炊，因此需要特別感謝。

參考文獻(xiàn)

（Book）Martin Fowler，Refactoring: Improving the Design of Existing Code

（cnblog）http://www.rzrgm.cn/flier/archive/2004/07/08/22307.html 

（cnblog）http://www.rzrgm.cn/artech/archive/2007/05/31/765773.html

溫故知新

[開篇有益]
[第一回：恩怨情仇：is和as]
[第二回：對(duì)抽象編程：接口和抽象類]
[第三回：歷史糾葛：特性和屬性]
[第四回：后來居上：class和struct]
[第五回：深入淺出關(guān)鍵字---把new說透]
[第六回：深入淺出關(guān)鍵字---base和this]
[第七回：品味類型---從通用類型系統(tǒng)開始]
[第八回：品味類型---值類型與引用類型（上）－內(nèi)存有理]
[第九回：品味類型---值類型與引用類型（中）－規(guī)則無邊]
[第十回：品味類型---值類型與引用類型（下）－應(yīng)用征途]
[第十一回：參數(shù)之惑---傳遞的藝術(shù)（上）]
[第十二回：參數(shù)之惑---傳遞的藝術(shù)（下）]
[第十三回：從Hello, world開始認(rèn)識(shí)IL]
[第十四回：認(rèn)識(shí)IL代碼---從開始到現(xiàn)在]
[第十五回：繼承本質(zhì)論]
[第十六回：深入淺出關(guān)鍵字---using全接觸]
[第十七回：貌合神離：覆寫和重載]
[第十八回：對(duì)象創(chuàng)建始末（上）]
[第十九回：對(duì)象創(chuàng)建始末（下）]
[第二十回：學(xué)習(xí)方法論]
[第二十一回：認(rèn)識(shí)全面的null]

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