型別 · 字串

C# 裡 string 與 StringBuilder

解釋一切的那句話:C# 字串不可變——沒有任何字串方法會修改字串,它們全都返回一個新的。StringBuilder 的存在就是為了這個事實。

不可變性,演示出來

執行這段,看一個方法呼叫什麼都沒幹:

string s = "hello";
s.Replace("l", "L");        // 返回一個新字串——s 紋絲不動
Console.WriteLine(s);

string s = "hello";

s = s.Replace("l", "L");    // 把新字串接回來
Console.WriteLine(s);       // heLLo

s = s.ToUpper();            // 每個字串方法都是同一條規則
Console.WriteLine(s);       // HELLO

// 原始字面量從未改變——被製造出來的是新字串:
Console.WriteLine("original still intact: " + ("hello" == "hello"));

想通之後,一整個 bug 家族就消失了:"為什麼我的 Replace 沒生效?"——因為返回值被你丟了。字串是恰好裝著文本的值;把每個方法的返回值當成真正的產出。

為什麼要不可變?

共享安全。把字串傳給任何方法,對方都改不了"你那份"——因為根本沒有可改的東西。(類正相反:引用別名。)
免費駐留。相同的字面量可以安全共享同一份儲存——這就是為什麼 "apple" == "apple" 哪怕按引用比較也能是 True。
可雜湊。不可變的鍵雜湊值不會漂移——這正是字串能當 Dictionary 鍵的原因。

代價:在迴圈裡拼字串

string msg = "";
for (int i = 1; i <= 5; i++)
{
    msg += i + ",";     // 每次 += 都造一個全新字串:舊的 + 新片段
}
Console.WriteLine(msg);

五次迴圈,無所謂。算筆賬:第 n 輪要複製前 n−1 輪攢下的全部字元才能造出新串。總複製量按 1+2+3+…+n ≈ n²/2 個字元增長。n 到十萬就是幾十億次字元複製,外加一座垃圾山。StringBuilder 就是為修這個而生的。

StringBuilder:可變的緩衝區

StringBuilder 維護內部緩衝區,直接往裡追加——每次 append 不造新串、不複製舊內容。只在最後 ToString() 那一刻付一次賬:

// StringBuilder 不在瀏覽器引擎的教學子集裡——在 Visual Studio 裡原樣可跑
using System.Text;

var sb = new StringBuilder();
for (int i = 1; i <= 100000; i++)
{
    sb.Append(i);
    sb.Append(',');
}
string msg = sb.ToString();     // 只在最後造一次字串

在引擎裡把迴圈版跑到 n = 100000 感受一下差距;然後相信 StringBuilder 眨眼間就能幹完同樣的活。(引擎裡的等價物是 List<T> + string.Join:var parts = new List<string>(); …… string.Join(",", parts)。)

那麼到底用哪個?

場景	用	為什麼
兩三個片段、拼一次(`name + " is " + age`)	`+` / 插值	可讀;反正只有一次分配
迴圈裡攢文本	`StringBuilder`	O(n) 而不是 O(n²)
拼接集合	`string.Join`	專用工具,一次呼叫完事
不可變的文本值	`string`	它就是預設——而且是安全網

經驗法則:片段少 → 插值;迴圈 → StringBuilder;集合 → Join。別給兩三個片段的情況提前最佳化——$"{name} is {age}" 寫得最快,跑得也夠快。

一分鐘自測

兩行都有輸出——去練習場執行前先各預測一次:

string s = "cat";
s.Replace("c", "b");
Console.WriteLine(s);        // "bat" 還是 "cat"?(不可變性)

s = s.Replace("c", "b");
Console.WriteLine(s);        // 那現在呢?