MicroPython核心：字符串驻留（String interning）

最新推荐文章于 2024-09-18 08:00:30 发布
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分类专栏： 物联网开发 micropython 文章标签： python 单片机 嵌入式硬件 物联网
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MicroPython使用字符串驻留可以同时保存在RAM和ROM，这就避免了存储相同字符串的重复副本，这主要适用于代码中的标识符，因为函数或变量名很可能会在代码中的多个地方出现。在MicroPython中，内部字符串被称为QSTR（uniQue STRing唯一字符串）。

QSTR值（类型为qstr）是QSTR池链接表的索引。QSTR会存储其长度及其内容的哈希值，以便在去重过程中进行快速比较。所有处理字符串的字节码操作都使用QSTR参数。

编译时生成QSTR

在 MicroPython C 代码中，任何应在最终固件中内嵌的字符串都被写成 MP_QSTR_Foo。在编译时，这将评估指向QSTR池中"Foo"索引的qstr值。

Makefile 中的一个多步骤过程实现了这一功能。总的来说，这个过程包括三个部分：

  1. 查找代码中的所有MP_QSTR_Foo标记。
  2. 生成一个静态QSTR池，其中包含所有字符串数据（包括长度和哈希值）。
  3. 用相应的索引替换所有MP_QSTR_Foo（通过预处理器）。

MP_QSTR_Foo标记从两个来源中搜索：

  1. $(SRC_QSTR) 中引用的所有文件。这是所有的C代码（即py、extmod、ports/stm32）但不包括第三方代码，如 lib。

  2. 附加的 $(QSTR_GLOBAL_DEPENDENCIES)（包括mpconfig*.h）。

注意：frozen_mpy.c（由mpy-tool.py生成）有自己的

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### 字符串池的概念及其作用 字符串池是一种优化机制，主要用于减少内存占用并提升性能。它通过存储唯一的字符串实例来避免重复创建相同的内容。在 Java 和 C# 等编程语言中，字符串池的具体实现有所不同，但基本原理一致。 #### 1. **字符串池的作用** 字符串池的主要功能在于节省内存资源和加速字符串比较操作。具体来说： - 当多个变量指向同一个字符串内容时，如果这些字符串来自常量池，则它们会共享同一份内存地址[^1]。 - 这种设计减少了不必要的对象创建，从而降低了垃圾回收的压力[^2]。 例如，在 Java 中，直接使用双引号定义的字符串会被自动加入字符串常量池[^3]。这意味着即使多次声明相同的字符串字面量，实际上也只会存在一个对应的 `String` 对象。 ```java String s1 = "hello"; String s2 = "hello"; System.out.println(s1 == s2); // 输出 true，因为两者引用的是同一个对象 ``` 而在 C# 中也有类似的机制，称为“字符串驻留”（string interning），它可以显式地将字符串添加到全局字符串表中[^5]。 --- #### 2. **字符串池的实现** ##### (a) **Java 的字符串常量池** 在 Java 中，字符串常量池由 JVM 维护，默认位于堆内存的一个特殊区域（如 Metaspace 或 PermGen 区域）。以下是其实现的关键点： - 所有通过字面量形式创建的字符串都会被存放到字符串常量池中[^4]。 - 如果需要手动将某个字符串放入池中，可以调用 `intern()` 方法[^2]： ```java String str1 = new String("world"); String str2 = str1.intern(); // 将 str1 放入字符串常量池 String str3 = "world"; System.out.println(str1 == str3); // false，str1 是新创建的对象 System.out.println(str2 == str3); // true，str2 来自字符串常量池 ``` ##### (b) **C# 的字符串驻留** C# 提供了内置支持以管理字符串驻留。开发者可以通过 `String.Intern` 方法查询某字符串是否已经存在于运行时维护的字符串池中；或者利用 `String.IsInterned` 判断特定字符串是否已被驻留[^5]。 示例代码如下所示： ```csharp string str1 = new string(new char[] { 'h', 'e', 'l', 'l', 'o' }); string str2 = "hello"; // 显示未驻留前的状态 Console.WriteLine(Object.ReferenceEquals(str1, str2)); // False // 驻留 str1 并重新获取引用 string internedStr1 = String.Intern(str1); Console.WriteLine(Object.ReferenceEquals(internedStr1, str2)); // True ``` --- ### 总结 无论是 Java 还是 C#，字符串池都旨在优化程序运行效率的同时降低系统开销。合理运用这一特性能够显著改善应用程序的表现，尤其是在频繁涉及大量字符串操作的情况下。 相关问题
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