10.1 System.String类

在介绍其他字符串类之前，先快速复习一下String类中一些可用的方法。

System.String类专门用于存储字符串，允许对字符串进行许多操作。此外，由于这种数据类型非常重要，C#提供了它自己的关键字和相关的语法，以便使用这个类来轻松地处理字符串。

使用运算符重载可以连接字符串：

        string message1 = "Hello"; // returns "Hello"
        message1 += ", There"; // returns "Hello, There"
        string message2 = message1 + "! "; // returns "Hello, There! "

C#还允许使用类似于索引器的语法来提取指定的字符：

        string message = "Hello";
        char char4 = message[4]; // returns 'o'. Note the string is zero-indexed

这个类可以完成许多常见的任务，如替换字符、删除空白和把字母变成大写形式等。可用的方法如表10-1所示。

10.1.1 构建字符串

如上所述，String类是一个功能非常强大的类，它实现许多很有用的方法。但是，String类存在一个问题：重复修改给定的字符串，效率会很低，它实际上是一个不可变的数据类型，这意味着一旦对字符串对象进行了初始化，该字符串对象就不能改变了。表面上修改字符串内容的方法和运算符实际上是创建一个新字符串，根据需要，可以把旧字符串的内容复制到新字符串中。例如，考虑下面的代码(代码文件StringSample/Program.cs)：

        string greetingText = "Hello from all the guys at Wrox Press. ";
        greetingText += "We do hope you enjoy this book as much as we enjoyed writing it.";

本章的示例使用如下依赖项和名称空间(除非特别说明)：

依赖项：

        NETStandard.Library

名称空间：

        System
        System.Text
        static System.Console

在执行这段代码时，首先创建一个System.String类型的对象，并把它初始化为文本“Hello from all the guys at Wrox Press. ”，注意句号后面有一个空格。此时．NET运行库会为该字符串分配足够的内存来保存这个文本(39个字符)，再设置变量greetingText来表示这个字符串实例。

从语法上看，下一行代码是把更多的文本添加到字符串中。实际上并非如此，在此是创建一个新字符串实例，给它分配足够的内存，以存储合并的文本(共103个字符)。把最初的文本“Hello from all the people at Wrox Press. ”复制到这个新字符串中，再加上额外的文本“We do hope you enjoy this book as much as we enjoyed writing it.”。然后更新存储在变量greetingText中的地址，使变量正确地指向新的字符串对象。现在没有引用旧的字符串对象——不再有变量引用它，下一次垃圾收集器清理应用程序中所有未使用的对象时，就会删除它。

这段代码本身还不错，但假定要对这个字符串编码，将其中的每个字符的ASCII值加1，形成非常简单的加密模式。这就会把该字符串变成“Ifmmp gspn bmm uif hvst bu Xspy Qsftt. Xf ep ipqf zpv fokpz uijt cppl bt nvdi bt xf fokpzfe xsjujoh ju”。完成这个任务有好几种方式，但最简单、最高效的一种(假定只使用String类)是使用String.Replace()方法，该方法把字符串中指定的子字符串用另一个子字符串代替。使用Replace()，对文本进行编码的代码如下所示：

        string greetingText = "Hello from all the guys at Wrox Press. ";
        greetingText += "We do hope you enjoy this book as much as we " +
            "enjoyed writing it.";
        WriteLine($"Not encoded:\n {greetingText}");
        for(int i = 'z'; i>= 'a'; i--)
        {
          char old1 = (char)i;
          char new1 = (char)(i+1);
          greetingText = greetingText.Replace(old1, new1);
        }
        for(int i = 'Z'; i>='A'; i--)
        {
          char old1 = (char)i;
          char new1 = (char)(i+1);
          greetingText = greetingText.Replace(old1, new1);
        }
        WriteLine($"Encoded:\n {greetingText}");

在本示例中，Replace()方法以一种智能的方式工作，在某种程度上，它并没有创建一个新字符串，除非其实际上要对旧字符串进行某些改变。原来的字符串包含23个不同的小写字母和3个不同的大写字母。所以Replace()分配一个新字符串，共计分配26次，每个新字符串都包含103个字符。因此加密过程需要在堆上有一个总共能存储2678个字符的字符串对象，该对象最终将等待被垃圾收集！显然，如果使用字符串频繁进行文字处理，应用程序就会遇到严重的性能问题。

为了解决这类问题，Microsoft提供了System.Text.StringBuilder类，StringBuilder类不像String类那样能够支持非常多的方法。在StringBuilder类上可以进行的处理仅限于替换和追加或删除字符串中的文本。但是，它的工作方式非常高效。

在使用String类构造一个字符串时，要给它分配足够的内存来保存字符串。然而，StringBuilder类通常分配的内存会比它需要的更多。开发人员可以选择指定StringBuilder要分配多少内存，但如果没有指定，在默认情况下就根据初始化StringBuilder实例时的字符串长度来确定所用内存的大小。StringBuilder类有两个主要的属性：

● Length指定包含字符串的实际长度。

● Capacity指定字符串在分配的内存中的最大长度。

对字符串的修改就在赋予StringBuilder实例的内存块中进行，这就大大提高了追加子字符串和替换单个字符的效率。删除或插入子字符串仍然效率低下，因为这需要移动随后的字符串部分。只有执行扩展字符串容量的操作时，才需要给字符串分配新内存，这样才能移动包含的整个字符串。在添加额外的容量时，从经验来看，如果StringBuilder类检测到容量超出，且没有设置新值，就会使自己的容量翻倍。

例如，如果使用StringBuilder对象构造最初的欢迎字符串，就可以编写下面的代码：

        var greetingBuilder =
          new StringBuilder("Hello from all the guys at Wrox Press. ", 150);
        greetingBuilder.AppendFormat("We do hope you enjoy this book as much " +
          "as we enjoyed writing it");

在这段代码中，为StringBuilder类设置的初始容量是150。最好把容量设置为字符串可能的最大长度，确保StringBuilder类不需要重新分配内存，因为其容量足够用了。该容量默认设置为16。理论上，可以设置尽可能大的数字，足够给该容量传送一个int值，但如果实际上给字符串分配20亿个字符的空间(这是StringBuilder实例理论上允许拥有的最大空间)，系统就可能会没有足够的内存。

然后，在调用AppendFormat()方法时，其他文本就放在空的空间中，不需要分配更多的内存。但是，多次替换文本才能获得使用StringBuilder类所带来的高效性能。例如，如果要以前面的方式加密文本，就可以执行整个加密过程，无须分配更多的内存：

        var greetingBuilder =
          new StringBuilder("Hello from all the guys at Wrox Press. ", 150);
        greetingBuilder.AppendFormat("We do hope you enjoy this book as much " +
          "as we enjoyed writing it");
        WriteLine("Not Encoded:\n" + greetingBuilder);
        for(int i = 'z'; i>='a'; i--)
        {
          char old1 = (char)i;
          char new1 = (char)(i+1);
          greetingBuilder = greetingBuilder.Replace(old1, new1);
        }
        for(int i = 'Z'; i>='A'; i--)
        {
          char old1 = (char)i;
          char new1 = (char)(i+1);
          greetingBuilder = greetingBuilder.Replace(old1, new1);
        }
        WriteLine("Encoded:\n" + greetingBuilder);

这段代码使用了StringBuilder.Replace()方法，它的功能与String.Replace()一样，但不需要在过程中复制字符串。在上述代码中，为存储字符串而分配的总存储单元是用于StringBuilder实例的150个字符，以及在最后一条Console.WriteLine()语句中执行字符串操作期间分配的内存。

一般而言，使用StringBuilder类执行字符串的任何操作，而使用String类存储字符串或显示最终结果。

10.1.2 StringBuilder成员

前面介绍了StringBuilder类的一个构造函数，它的参数是一个初始字符串及该字符串的容量。StringBuilder类还有几个其他的构造函数。例如，可以只提供一个字符串：

        var sb = new StringBuilder("Hello");

或者用给定的容量创建一个空的StringBuilder类：

        var sb = new StringBuilder(20);

除了前面介绍的Length和Capacity属性外，还有一个只读属性MaxCapacity，它表示对给定的StringBuilder实例的容量限制。在默认情况下，这由int.MaxValue给定(大约20亿，如前所述)。但在构造StringBuilder对象时，也可以把这个值设置为较低的值：

        // This will set the initial capacity to 100, but the max will be 500.
        // Hence, this StringBuilder can never grow to more than 500 characters,
        // otherwise it will raise an exception if you try to do that.
        var sb = new StringBuilder(100, 500);

还可以随时显式地设置容量，但如果把这个值设置为小于字符串的当前长度，或者是超出了最大容量的某个值，就会抛出一个异常：

        var sb = new StringBuilder("Hello");
        sb.Capacity = 100;

StringBuilder类主要的方法如表10-2所示。

其中一些方法还有几种重载版本。

不能把StringBuilder强制转换为String(隐式转换和显式转换都不行)。如果要把StringBuilder的内容输出为String，唯一的方式就是使用ToString()方法。

前面介绍了StringBuilder类，说明了使用它提高性能的一些方式。但要注意，这个类并不总能提高性能。StringBuilder类基本上应在处理多个字符串时使用。但如果只是连接两个字符串，使用System.String类会比较好。