C#字符串相关知识

前言

string的基本使用方法

[1. 指定位置获取字符](#1. 指定位置获取字符)

[2. 正向/反向查找字符位置](#2. 正向/反向查找字符位置)

[3. 移除指定位置后的字符](#3. 移除指定位置后的字符)

[4. 替换特定内容](#4. 替换特定内容)

[5. 大小写转换](#5. 大小写转换)

[6. 截取部分字符串](#6. 截取部分字符串)

[7. 分割字符串](#7. 分割字符串)

8.字符串替换

[StringBuilder 的基本使用方法](#StringBuilder 的基本使用方法)

[1. 创建 StringBuilder 对象](#1. 创建 StringBuilder 对象)

[2. 追加内容：Append()](#2. 追加内容：Append())

[3. 插入内容：Insert()](#3. 插入内容：Insert())

[4. 删除内容：Remove()](#4. 删除内容：Remove())

[5. 替换内容：Replace()](#5. 替换内容：Replace())

[6. 清空内容：Clear()](#6. 清空内容：Clear())

[7. 追加特殊内容](#7. 追加特殊内容)

[8. 获取特定长度的子串](#8. 获取特定长度的子串)

[9. 获取容量信息](#9. 获取容量信息)

string与StringBuilder核心区别

前言

字符串在C#中看似简单，实则涉及不可变性、驻留机制、编码格式等核心概念。在Unity开发中滥用字符串操作可能引发GC压力、内存碎片等问题。

本文将介绍字符串的基本使用方式以及梳理字符串常量池(string.Intern)与字符串拼接优化(StringBuilder)，并探讨Span<T>等新特性对字符串处理的革新。

string的基本使用方法

1. 指定位置获取字符

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string sweet = "抹茶蛋糕";

// 字符串本质是char数组
char[] chars = sweet.ToCharArray();
char berry = sweet[2]; // 获取第3个字符 → '蛋'  
// 记得下标从0开始

2. 正向/反向查找字符位置

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string target = "Unity大魔王在哪里？Unity在这里！";  
int frontHunt = target.IndexOf("Unity");      // 正向:位置0
int backHunt = target.LastIndexOf("Unity");   // 反向:位置15  
int notFound = target.IndexOf("Unreal");      // 找不到返回-1

3. 移除指定位置后的字符

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// 移除后面的内容
string phone = "电话：13800138000";
string text = phone.Remove(3); // 移除数字部分 → "电话："

// 移除中间指定部分
string address = "北京市海淀区中关村";
string area = address.Remove(6, 3); // 6位置开始移除3字符 → "北京市海淀区"

4. 替换特定内容

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string message = "今天是周一，天气晴";
string newMsg = message.Replace("周一", "周三"); // → "今天是周三，天气晴"

// 安全处理文本
string input = "A<>B";
string safe = input.Replace("<", "&lt;").Replace(">", "&gt;"); 
// → "A&lt;&gt;B"

5. 大小写转换

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string welcome = "Hello World";
// 转大写
Console.WriteLine(welcome.ToUpper());  // → "HELLO WORLD"
// 转小写
Console.WriteLine(welcome.ToLower());  // → "hello world"

6. 截取部分字符串

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// 提取文件名（无后缀）
string file = "report_2023.pdf";
int dotIndex = file.LastIndexOf('.');
string name = file.Substring(0, dotIndex); // → "report_2023"

// 截取中间段文本
string code = "[1001]王同学";
string student = code.Substring(5, 3); // 从5位取3字 → "王同学"

7. 分割字符串

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// 分割简单列表
string fruits = "苹果,香蕉,橙子";
string[] fruitList = fruits.Split(','); 
// 得到: ["苹果", "香蕉", "橙子"]

// 用户输入解析
string input = "李白 男 25";
string[] data = input.Split(' ');
Console.WriteLine($"姓名:{data[0]} 性别:{data[1]} 年龄:{data[2]}");

8.字符串替换

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string template = "尊敬的@姓名，您的订单@订单号已发货";
string message = template.Replace("@姓名", "张三")
                         .Replace("@订单号", "DH20230528001");
Console.WriteLine(message); 
// 输出: 尊敬的张三，您的订单DH20230528001已发货

默认会替换字符串中的所有匹配项

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string text = "a a a";
Console.WriteLine(text.Replace("a", "b")); // b b b

Replace方法默认区分大小写

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string text = "Apple apple";
Console.WriteLine(text.Replace("apple", "fruit")); 
// 输出: Apple fruit

与正则表达式搭配使用

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using System.Text.RegularExpressions;
string text = "订单号：12345，金额：￥100";
// 替换所有数字
string masked = Regex.Replace(text, @"\d+", "***");
Console.WriteLine(masked); 
// 输出: 订单号：***，金额：￥***

StringBuilder 的基本使用方法

1. 创建 StringBuilder 对象

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// 最简单的创建方式
StringBuilder sb = new StringBuilder();

// 创建时指定初始容量（避免频繁扩容）
StringBuilder report = new StringBuilder(200); 

// 创建时包含初始内容
StringBuilder greeting = new StringBuilder("您好,");

2. 追加内容：Append()

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// 追加字符串
sb.Append("小铃的主人");

// 追加数值（自动转换为字符串）
sb.Append(2023);

// 追加布尔值
sb.Append(true);

// 追加格式化的日期
sb.AppendFormat("今天是 {0:yyyy-MM-dd}", DateTime.Now);

Console.WriteLine(sb.ToString());
// 输出: 小铃的主人2023True今天是 2023-07-15

3. 插入内容：Insert()

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// 在索引位置插入内容
StringBuilder code = new StringBuilder("12345");
code.Insert(2, "ABC");
// 结果: 12ABC345

// 开头插入
code.Insert(0, "Prefix:");
// 结果: Prefix:12ABC345

4. 删除内容：Remove()

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// 移除索引位置开始的字符
StringBuilder address = new StringBuilder("北京市海淀区中关村");
address.Remove(3, 3);  // 从索引3开始移除3个字符
// 结果: 北京市中关村

5. 替换内容：Replace()

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// 全局替换方法
StringBuilder msg = new StringBuilder("用户名：guest, 登录次数：3");
msg.Replace("guest", "master"); 
// 结果: 用户名：master, 登录次数：3

// 指定替换范围
msg.Replace("3", "1000", 17, 2); 
// 结果: 用户名：master, 登录次数：1000

6. 清空内容：Clear()

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// 完全清空
sb.Clear();

7. 追加特殊内容

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// 追加换行
StringBuilder log = new StringBuilder();
log.AppendLine("[日志开始]");

// 追加带缩进的代码
log.Append("\t").AppendLine("Debug: 用户登录成功");

// 追加JSON内容
log.AppendLine("\t{ \"userId\": 1001 }");

Console.WriteLine(log);
/* 输出:
[日志开始]
    Debug: 用户登录成功
    { "userId": 1001 }
*/

8. 获取特定长度的子串

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StringBuilder longText = new StringBuilder("0123456789ABCDEF");
// 截取索引3开始，长度为5的子串
string part = longText.ToString(3, 5); 
// 结果: "34567"

9. 获取容量信息

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StringBuilder buffer = new StringBuilder(50);
Console.WriteLine($"初始容量: {buffer.Capacity}");   // 50
Console.WriteLine($"当前长度: {buffer.Length}");    // 0

buffer.Append("Hello");
Console.WriteLine($"当前容量: {buffer.Capacity}");   // 50 (保持原值)

string与StringBuilder核心区别

1.不可变性

string：是不可变（immutable）的，一旦创建，其内容就不能被修改。每次修改（如连接、替换、插入）都会创建新的字符串对象。
StringBuilder：是可变的，内部维护一个字符数组（字符缓冲区），可以在原对象上直接修改，不会频繁创建新对象。

2.性能表现

string：在少量修改时性能尚可，但频繁修改（如循环追加）会导致大量内存分配和垃圾回收，严重影响性能。
StringBuilder：在频繁修改字符串的场景下性能卓越，尤其在长字符串多次操作时，能显著减少内存分配和GC压力。

3.内存使用

string：每次修改产生新字符串，旧字符串成为垃圾，增加GC负担。
StringBuilder：内部动态扩充缓冲区，当长度超过当前容量时才分配新的更大数组（通常是倍增），内存利用率高。

4.方法功能

string：提供各种静态方法（如Format, Join, IsNullOrEmpty）和实例方法（如Replace, Substring, Contains），但这些操作都返回新字符串。
StringBuilder：提供直接修改缓冲区的方法（Append, Insert, Remove, Replace）并且这些方法都返回自身，便于链式调用，但没有一些辅助方法（如Substring, Compare等）。

5.使用场景

string：适用于少量字符串修改（如格式化一个字符串、常量字符串操作）、作为值传递（线程安全）、键值（如字典键）使用。
StringBuilder：适用于需要构建大量字符串（如循环中拼接）、动态生成长文本（如生成HTML、XML或JSON）、多次修改字符串内容（特别是在循环体内）。

6.线程安全

String：由于字符串是不可变的，任何修改操作都会生成新的字符串实例，因此多个线程同时访问同一字符串对象是安全的，不存在竞态条件或数据不一致问题。
StringBuilder：设计上不是线程安全的，其内部状态（如字符数组、长度等）可能在多线程环境下被并发修改，导致数据损坏或异常。

Span<T>

Span<T> 是 .NET Core 2.1 引入的一种高性能内存视图类型，提供对连续内存区域的类型安全访问。它支持栈分配或托管堆内存的引用，避免不必要的内存分配和复制。对于字符串处理，Span<char> 可直接操作字符串的底层内存，显著提升性能。

1.字符串切片的高效实现

传统字符串操作（如 Substring）会创建新字符串对象，而 Span<char> 通过切片（Slice）返回原字符串的视图，无需分配内存。例如：

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string text = "Hello, World!";  
Span<char> span = text.AsSpan();  
Span<char> slice = span.Slice(7, 5); // "World"（无新分配）

2.避免编码转换开销

处理字节流时，Span<byte> 可直接与 Span<char> 交互，减少 Encoding.UTF8.GetString 等方法的调用。例如解析网络数据时：

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Span<byte> buffer = stackalloc byte[128];  
Span<char> chars = MemoryMarshal.Cast<byte, char>(buffer);

3.与正则表达式的结合优化

.NET 7 引入了 Regex 对 Span<char> 的支持，避免生成中间字符串。例如：

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Span<char> input = "2023-01-01".AsSpan();  
if (Regex.IsMatch(input, @"\d{4}-\d{2}-\d{2}")) { ... }

4.字符串处理的零分配模式

通过 stackalloc 和 Span<T> 实现完全栈上操作：

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Span<char> buffer = stackalloc char[64];  
int length = "123".AsSpan().TryCopyTo(buffer); // 无堆分配

5.与管道（Pipeline）模型的集成

在 System.IO.Pipelines 中，Span<byte> 直接处理 I/O 缓冲区，避免 byte[] 分配。例如处理文件流时：

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PipeReader reader = ...;  
ReadResult result = await reader.ReadAsync();  
Span<byte> data = result.Buffer.FirstSpan;