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C#中字符串的内存分配与驻留池

关键词:驻留池字符串分配内存  阅读(668) 赞(16)

[摘要]本文是对C#中字符串的内存分配与驻留池的讲解,对学习C#编程技术有所帮助,与大家分享。

刚开始学习C#的时候,就听说CLR对于String类有一种特别的内存管理机制:有时候,明明声明了两个String类的对象,但是他们偏偏却指向同一个实例。如下:

String s1 = "Hello";
String s2 = "Hello"; //s2和s1的实际值都是“Hello”
bool same = (object) s1 == (object) s2; //这里比较s1、s2是否引用了同一个对象实例
//所以不能写作bool same = s1 == s2;
//因为String类重载了==操作符来比较String对象包含的实际值
这里的same会被赋值为true。也就是说s1真的和s2引用了同一个String对象。当然,应该注意到的是s1和s2都被统一赋值为同一个字符串“Hello”,这才是出现上述情况的原因。

现在我们初步得出结论,当有多个字符串变量包含了同样的字符串实际值时,CLR可能不会为它们重复地分配内存,而是让它们统统指向同一个字符串对象实例。(这里我说了“可能”,是因为某些情况下,确实也会发生同一个字符串实际值在内存中有多份副本同时存在。请继续往下看。)

我们知道,String类有很多特别的地方,其中之一就是它是“不会改变的”(immutable)。这说明在我们每次对一个String对象进行操作时(比如说使用Trim,Replace等方法),并不是真的对这个String对象的实例进行修改,而是返回一个新的String对象实例作为操作执行的结果。String对象的实例一经生成,到死都不会被改变了!

基于String类这样的特性,CLR让表示相同的字符串实际值的变量指向同一个String事例,就是完全合理的了。因为利用任何一个对String实例的引用所进行的修改操作都不会切实地影响到该实例的状态,也就不会影响到其他所有指向该实例的引用所表示的字符串实际值。CLR如此管理String类的内存分配,可以优化内存的使用情况,避免内存中包含冗余的数据。

为了实现这个机制,CLR默默地维护了一个叫做驻留池(Intern Pool)的表。这个表记录了所有在代码中使用字面量声明的字符串实例的引用。这说明使用字面量声明的字符串会进入驻留池,而其他方式声明的字符串并不会进入,也就不会自动享受到CLR防止字符串冗余的机制的好处了。这就是我上文提到的“某些情况下,确实也会发生同一个字符串实际值在内存中有多份副本同时存在”的例子。请看这个例子:

StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.Append("He").Append("llo");

string s1 = "Hello";
string s2 = sb.ToString();

bool same = (object) s1 == (object) s2;
这时same就不是true了,因为虽然s1,s2表示的是相同的字符串,但是由于s2不是通过字面量声明的,CLR在为sb.ToString()方法的返回值分配内存时,并不会到驻留池中去检查是否有值为“Hello”的字符串已经存在了,所以自然不会让s2指向驻留池内的对象。

为了让编程者能够强制CLR检查驻留池,以避免冗余的字符串副本,String类的设计者提供了一个名为Intern的类方法。下面是该方法的一个示例:



StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.Append("He").Append("llo");

string s1 = "Hello";
string s2 = String.Intern(sb.ToString());

bool same = (object) s1 == (object) s2;
好了,same又是true了。Intern方法接受一个字符串作为参数,它会在驻留池中检查是否存在参数所表示的字符串。如果存在,则返回那个驻留池中的字符串的引用;否则向驻留池中加入一个新的表示相同值的字符串,并返回这个字符串的引用。不过要注意的是,就算Intern方法在驻留池中找到了相同值的字符串,也不能让您省却一次字符串内存分配的操作,因为作为参数的字符串已经被分配了一次内存了。而使用Intern方法的好处在于,如果Intern方法在驻留池中找到了相同值的字符串,此时虽然在内存中存在两份该字符串的副本(一份是参数,一份是驻留池中的),但是随着时间的流逝,参数所引用的那个副本会被垃圾回收掉,这样对于该字符串内存中就不存在冗余了。 当您的程序中存在某个方法,可以根据不同的上下文环境创建并返回一个很长的字符串,而在程序运行的过程中它有会经常返回同样的字符串时,您可能就要考虑考虑使用Intern方法来提高内存的利用率了。 不过同样值得注意的是,使用Intern方法让一个字符串存活于驻留池中也有一个副作用:即使已经不存在任何其它引用指向驻留池中的字符串了,这个字符串仍然不一定会被垃圾回收掉。也就是说即使驻留池中的字符串已经没有用处了,它可能也要等到CLR终结时才被销毁。当您使用Intern方法的时候,也应该考虑到这个特殊的行为。



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