C#中字符串的内存分配与驻留池

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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