C#字符串拼接的几种方式及其性能分析对比

前言

在C#编程中字符串拼接是一种常见且基础的操作，广泛应用于各种场景，如动态生成SQL查询、构建日志信息、格式化用户显示内容等。然而，不同的字符串拼接方式在性能和内存使用上可能存在显著差异。今天咱们一起来看看在C#中字符串拼接的常见6种方式及其使用BenchmarkDotNet进行性能分析对比。

BenchmarkDotNet

BenchmarkDotNet是一个基于.NET开源、功能全面、易于使用的性能基准测试框架，它为.NET开发者提供了强大的性能评估和优化能力。通过自动化测试、多平台支持、高级统计分析和自定义配置等特性，BenchmarkDotNet帮助开发者更好地理解和优化软件系统的性能表现。

• 使用教程详细介绍：https://mp.weixin.qq.com/s/6mpHS1OVuIlBgdU71OIIOw

拼接基础数据

private const int IterationCount = 1000;
private const string StringPart1 = "追逐时光者";
private const string StringPart2 = "DotNetGuide";
private const string StringPart3 = "DotNetGuide技术社区";
private readonly string[] _stringPartsArray = { "追逐时光者", "DotNetGuide", "DotNetGuide技术社区" };

+操作符

        /// <summary>
        /// 使用 + 操作符拼接字符串
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        [Benchmark]
        public string PlusOperator()
        {
            string result = string.Empty;
            for (int i = 0; i < IterationCount; i++)
            {
                result += StringPart1 + " " + StringPart2 + " " + StringPart3;
            }
            return result;
        }

$内插字符串

        /// <summary>
        /// 使用 $ 内插字符串拼接字符串
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        [Benchmark]
        public string InterpolatedString()
        {
            string result = string.Empty;
            for (int i = 0; i < IterationCount; i++)
            {
                result += $"{StringPart1} {StringPart2} {StringPart3}";
            }
            return result;
        }

String.Format

        /// <summary>
        /// 使用string.Format()拼接字符串
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        [Benchmark]
        public string StringFormat()
        {
            string result = string.Empty;
            for (int i = 0; i < IterationCount; i++)
            {
                result += string.Format("{0} {1} {2}", StringPart1, StringPart2, StringPart3);
            }
            return result;
        }

String.Concat

        /// <summary>
        /// 使用string.Concat()拼接字符串
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        [Benchmark]
        public string StringConcat()
        {
            string result = string.Empty;
            for (int i = 0; i < IterationCount; i++)
            {
                result += string.Concat(StringPart1, " ", StringPart2, " ", StringPart3);
            }
            return result;
        }

String.Join

        /// <summary>
        /// 使用string.Join()拼接字符串
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        [Benchmark]
        public string StringJoin()
        {
            string result = string.Empty;
            for (int i = 0; i < IterationCount; i++)
            {
                result += string.Join(" ", _stringPartsArray);
            }
            return result;
        }

StringBuilder

        /// <summary>
        /// 使用StringBuilder拼接字符串
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        [Benchmark]
        public string StringBuilder()
        {
            StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
            for (int i = 0; i < IterationCount; i++)
            {
                stringBuilder.Append(StringPart1);
                stringBuilder.Append(" ");
                stringBuilder.Append(StringPart2);
                stringBuilder.Append(" ");
                stringBuilder.Append(StringPart3);
            }
            return stringBuilder.ToString();
        }

性能基准对比测试完整代码

    [MemoryDiagnoser]//记录内存分配情况
    public class StringConcatenationBenchmark
    {
        private const int IterationCount = 1000;
        private const string StringPart1 = "追逐时光者";
        private const string StringPart2 = "DotNetGuide";
        private const string StringPart3 = "DotNetGuide技术社区";
        private readonly string[] _stringPartsArray = { "追逐时光者", "DotNetGuide", "DotNetGuide技术社区" };

        /// <summary>
        /// 使用 + 操作符拼接字符串
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        [Benchmark]
        public string PlusOperator()
        {
            string result = string.Empty;
            for (int i = 0; i < IterationCount; i++)
            {
                result += StringPart1 + " " + StringPart2 + " " + StringPart3;
            }
            return result;
        }

        /// <summary>
        /// 使用 $ 内插字符串拼接字符串
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        [Benchmark]
        public string InterpolatedString()
        {
            string result = string.Empty;
            for (int i = 0; i < IterationCount; i++)
            {
                result += $"{StringPart1} {StringPart2} {StringPart3}";
            }
            return result;
        }

        /// <summary>
        /// 使用string.Format()拼接字符串
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        [Benchmark]
        public string StringFormat()
        {
            string result = string.Empty;
            for (int i = 0; i < IterationCount; i++)
            {
                result += string.Format("{0} {1} {2}", StringPart1, StringPart2, StringPart3);
            }
            return result;
        }

        /// <summary>
        /// 使用string.Concat()拼接字符串
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        [Benchmark]
        public string StringConcat()
        {
            string result = string.Empty;
            for (int i = 0; i < IterationCount; i++)
            {
                result += string.Concat(StringPart1, " ", StringPart2, " ", StringPart3);
            }
            return result;
        }

        /// <summary>
        /// 使用string.Join()拼接字符串
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        [Benchmark]
        public string StringJoin()
        {
            string result = string.Empty;
            for (int i = 0; i < IterationCount; i++)
            {
                result += string.Join(" ", _stringPartsArray);
            }
            return result;
        }

        /// <summary>
        /// 使用StringBuilder拼接字符串
        /// </summary>
        /// <returns></returns>
        [Benchmark]
        public string StringBuilder()
        {
            StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
            for (int i = 0; i < IterationCount; i++)
            {
                stringBuilder.Append(StringPart1);
                stringBuilder.Append(" ");
                stringBuilder.Append(StringPart2);
                stringBuilder.Append(" ");
                stringBuilder.Append(StringPart3);
            }
            return stringBuilder.ToString();
        }
    }

性能基准对比测试分析报告

Method	Mean	Error	StdDev	Gen0	Gen1	Allocated
PlusOperator	2,066.28 us	35.761 us	63.566 us	5238.2813	789.0625	32283.12 KB
InterpolatedString	1,984.56 us	29.949 us	28.014 us	5238.2813	789.0625	32283.12 KB
StringFormat	2,112.02 us	25.020 us	23.404 us	5257.8125	777.3438	32369.06 KB
StringConcat	2,027.09 us	28.300 us	26.472 us	5257.8125	777.3438	32369.06 KB
StringJoin	2,017.36 us	27.111 us	22.639 us	5257.8125	777.3438	32369.06 KB
StringBuilder	13.63 us	0.065 us	0.058 us	23.2544	4.6387	143.96 KB

说明：

• Mean: 所有测量值的算术平均值。
• Error: 99.9% 置信区间的一半。
• StdDev: 所有测量值的标准差。
• Gen0: 第 0 代 GC 每 1000 次操作收集一次。
• Gen1: 第 1 代 GC 每 1000 次操作收集一次。
• Gen2: 第 2 代 GC 每 1000 次操作收集一次。
• Allocated: 每次操作分配的内存（仅托管内存，包含所有内容，1KB = 1024B）。
• 1 ms: 1 毫秒（0.001 秒）。

性能基准对比测试结论

从上面的性能基准对比测试分析报告来看StringBuilder是性能最好的字符串拼接方式，特别是在需要频繁进行拼接的场景中。其他方式（如+操作符、$内插字符串、String.Format、String.Concat和String.Join）在性能上相对较差，因为它们会导致多次内存分配和复制。

因此我们在选择字符串拼接方式时，应该根据具体场景和需求进行选择。如果性能是关键因素，并且需要频繁进行拼接，则应使用StringBuilder。如果代码简洁性和易读性更重要，并且拼接次数较少，则可以考虑使用其他方式。