Introduction

你在代碼中處理字符串的方法可能會對性能產生令人吃驚的影響。在本文中，我需要考慮兩個由于使用字符串而產生的問題：臨時字符串變量的使用和字符串連接。

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Background

每個項目都有需要你為其考慮編碼標準的時候。使用 FxCop 是一個好的開始。我最喜愛的一組 FxCop 規則是“性能”那組。

于是，我就用 FxCop 來檢查我的項目并發現一系列的字符串問題。我必須承認一件事：我經常遇到與 C# 的不可變（immutable）的字符串有關的問題。當我看到 myString.ToUpper() 時，我經常都會忘記它并不是改變 myString 的內容而是返回一整個全新的字符串（這是由于 C# 中字符串是不可變的）。

我對代碼進行一番修正以便去掉 FxCop 的警告，接著我就發現代碼的確比之前快了。我決定開展調查，而最終我會寫出上面那些測試的代碼的。

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Using the code

測試的代碼很簡單。一個控制臺程序調用四個測試方法，其中每個方法執行一種字符串處理例程 1000 次（整個執行時間已經足夠長以便看出其中的性能差別了）。

這四個測試方法被分成兩組，每組兩個。第一組比較兩個方法，它們用于非大小寫敏感（case-insensitive）的字符串比較。

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String Comparison and Temporary String Creation

第一個測試例程是一個蹩腳的非大小寫敏感的字符串比較。用于比較的例程的代碼是：

static?bool?BadCompare(string?stringA,?string?stringB)
{
????return?(stringA.ToUpper()?==?stringB.ToUpper());
}

對于這段代碼，FxCop 給出如下的建議：

"StringCompareTest.BadCompare(String, String):Boolean calls String.op_Equality(String, String):Boolean after converting 'stack1', a local, to upper or lowercase. If possible, eliminate the string creation and call the overload of String.Compare that performs a case-insensitive comparison."

這項建議的意思是每次對 ToUpper() 的調用都會創造一個臨時字符串，而這個臨時字符串是由垃圾收集器來創建和管理的。這需要額外的時間和使用更多的內存。 String.Compare 方法（相對來說）更加高效。

第二個測試例程使用 String.Compare ：

static?bool?GoodCompare(?string?stringA,?string?stringB)
{
????return?(string.Compare(stringA,?stringB,?true?,?System.Globalization.CultureInfo.CurrentCulture)?==?0);
}

這個方法防止多余的臨時字符串的創建。

根據 nprof 的分析結果 , GoodCompare 的執行時間只占代碼總執行時間的 1.69%, 而 BadCompare 的執行時間則占總執行時間的 5.50% 。

因此 String.Compare 方法比 ToUpper 方法快了三倍有余。如果你的代碼您執行了很多字符串的比較（尤其是在循環里面執行），使用 String.Compare 能（使你的代碼在性能上）有較大的改善。

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String Concatenation inside a loop

最后那對測試例程設想字符串的連接是在一個循環里面進行的。

“蹩腳”的測試例程的代碼如下：

static?string?BadConcatenate(string?[]?items)
{
????string?strRet?=?string?.Empty;

????foreach?(string?item?in?items)
????{
????????strRet?+=?item;
????}

????return?strRet;
}

當 FxCop 看到這段代碼，它就會很憤怒，甚至用紅色標記這項被破的規條！ FxCop 這樣說道：

"Change StringCompareTest.BadConcatenate(String[]):String to use StringBuilder instead of String.Concat or +="

“優良”的測試例程的代碼如下：

static?string?GoodConcatenate(string?[]?items)
{
????System.Text.StringBuilder?builder?=?new?System.Text.StringBuilder();

????foreach?(string?item?in?items)
????{
????????builder.Append(item);
????}

????return?builder.ToString();
}

這段代碼幾乎被用作展示 System.Text.StringBuilder 的用法的首選例子。蹩腳的代碼的問題是創建了過多的臨時字符串。由于字符串的不可變特性，連接操作符（+=）實際上用原來那兩個字符串來創建一個新的字符串，然后把原來的字符串實例指向這個新的字符串。

但是，依據 nprof 來研究代碼性能，我們發現運行 BadConcatenate 只需總執行時間的 5.67% ，而 GoodConcatenate 則是 22.09% 。也就是說：

使用 StringBuilder 耗費的時間幾乎是簡單的字符串連接的四倍！

為什么呢？

部分原因在于這個測試的設計——連接例程僅僅連接了十個簡短的字符串。 StringBuilder 是一個比簡單的不可變的字符串類更復雜的類，因此創建一個 StringBuilder 比起進行十個簡單的字符串連接在性能上是昂貴很多的。

我重復地做不同數目的字符串連接的測試，并且發現以下結果：

注意：這里所顯示的數值是測試例程的執行時間占總執行時間的百分比（%）。 GoodConcatenate 實際上并沒有快很多，但與 BadConcatenate 比卻相對地快了。

因此， StringBuilder 通常只有在你要連接的字符串數目超過 600 時才會顯示出真正的性能優勢。

當然，另外一個使用 StringBuilder 的原因就是是內存的分配。使用 CLRProfiler 生成下面這個連接 100 個簡單字符串時內存使用情況的時序圖：

標記為“A”的區域顯示了 BadConcatenate 在內存分配和釋放上的效果。被分配內存的最大值迅速增加，并伴有大數量的垃圾收集的發生（該區域有大約 215 次垃圾收集）。

緊隨在“A”區后面的區域顯示了 GoodConcatenate 的內存輪廓。被分配內存的最大值增量較少，且伴隨著非常少的垃圾收集（該區域有大致 60 次垃圾收集）。

所以在某些情況下使用 StringBuilder 類并不會（使你的代碼運行得）更快 , 但它對垃圾收集器是友好的。

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Conclusions

使用 String.Compare 方法進行非大小寫敏感的字符串比較。這樣更快。而且代碼優雅和簡單。

僅當你在一個循環里進行超過 600 次的字符串連接時，使用 StringBuilder 來獲得更好的速度。這里需要提醒的是，你所處理的字符串的長度也會影響最終的速度，同樣會影響垃圾收集器的效果，所以你應該根據你實際的代碼具體問題具體分析。

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Points of Interest

令我驚訝的是，在真實世界運用正確的代碼字符串操作方法的還是很不同（雖然我們已在當前的項目中進行了很多字符串的比較和連接）。

FxCop 的性能規則是發現潛在低性能代碼的好起點，并能指導你進行一些簡易修正來改善代碼性能。這里所討論的兩個問題都被 FxCop 標記為“NON-BREAKING”，這是指改動不應破壞依賴于被改動代碼的代碼。認為為改善性能而做的改動都是“NON-BREAKING”則是沒頭腦的想法。

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Further Considerations By Allen Lee

使用 StringBuilder 來處理字符串的連接應該是絕大多數 .NET 開發人員的共識了。但你有否曾經懷疑過這一經驗原則的適用性是否真如想象中那么廣泛呢？讀過本文后，或許你已經意識到這是個適度的問題。對小規模的字符串連接使用 StringBuilder 所帶來的改善根本不足以抵償因 StringBuilder 本身的復雜性所產生的開銷；只有當連接規模達到臨界規模，兩者才能相互抵償從而達至平衡。

對于實際的代碼，一個可供使用的臨界規模值可能是必需的，尤其是在受限系統上進行開發。你可能因為對影響臨界規模的因素有所了解而懷疑作者在這里所給出的數字。或許本文用于測試的設計顯得有點簡單以至于未必能使更多的人信服，但你的確透過本文了解到 StringBuilder 并不是任何情況都適用的。由于影響臨界規模的因素總有可能發生變化，你不可能找到一個對任何情況都適用的確定的臨界規模值。你應該為你的代碼量身訂造一個，并隨時做好調整的準備（因為變化總是存在的），只要你真的那么在意這方面的性能影響。作為一個開始，你可以以作者在本文所提到的那個數字作為一個參照基礎，并就具體的情況進行微調，直到你滿意為止。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的.Net 中字符串性能的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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