String/StringBuilder/ToString()底层代码解析（ JAVA / C# ）

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元气小羊.

已于 2022-09-29 15:10:38 修改

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分类专栏： Java_学习笔记 C#/.net 文章标签： java 学习后端 c# 开发语言

于 2022-05-24 18:25:08 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_46484674/article/details/124951029

C# /JAVA: 字符串构建利器StringBuilder区别

前言
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前言

本章笔记直接记录的string、StringBuilder内存存储原理，并没有大幅度、重点的去介绍堆、栈、常量池的相关底层实现原理。
所以，为了帮助大家更好的去理解，可以在阅读本文章前去了解堆、栈、常量池之间的基础关系，对以下的阅读有很大的帮助。

名词解释

栈：存放变量（值类型）

堆：存放对象（引用类型）

常量池：它是一个Hash表。
为了提升性能和减少内存开销，避免字符串的重复创建，所以开辟出来一个单独的内存空间，就是字符串池。
字符串常量池是由String类私有的维护。

八大基本类型： byte、short、int、long、boolean、float、double、char
四大引用类型：数组、class、interface、字符串（string

一、String

1.1 示例

案例一：不同变量赋值（ = ）

String  str1 = "Hello" ;
String  str2 = "Hello" ;
System.out.println(str1 );  //结果： Hello
System.out.println(str1 );  //结果： Hello

情况1：不存在
1. 变量 str1 会存放在栈中，
2. 首先在常量池中进行查找“Hello”是否存在。
3. 不存在时，会在常量池中以键值对格式创建<key，value>，value则指向堆中的“Hello”对象指针。
4. 从而，str1的引用地址就是堆中0x0001对应的“Hello”指针。
情况2：存在
1. 变量 str2 会存放在栈中，
2. 首先在常量池中进行查找“Hello”是否存在。
3. 存在时，会继续使用常量池中已存在的key,不会再新建。也就是 str2使用常量池中hello指向堆中的0x0001对应的“Hello”指针。
4. 与str1的引用地址是一个。

在这里插入图片描述

案例二：相同变量赋值（ = ）

我们都知道String属于类，它是不可变的。即一旦一个String对象被创建以后便不能被更改、变长、修改；直至这个对象被销毁。

不可变 : 文章下方会有专门的讲解

下面写了一个小例子，如下方所示：

String  str1 = "Hello" ;
str1 = "Word" ;
//打印出来的str1为： Word
System.out.println(str1);

看到这里，可能就会有疑问：不是不能被修改吗？怎么会对他进行了修改？
针对这个问题，我画了一张底层实现原理图，希望能够帮助到大家。如图所示：
在这里插入图片描述
前面我们说到了第一次str1赋值“Hello”，在常量池中创建后，其value指向对象指针；

从图中可以看出，再次给str1赋值“Word”时，并不是对原来堆中的实例对象进行重新赋值，而是生成一个新的实例对象，并且str1的引用地址变指向了这个新的“Word”这个字符串。

之前的实例对象“Hello”依然存在，只是不再被引用了而已；如果没有被再次引用，则会被垃圾回收。
但是吧，在这里暂时不回被回收（垃圾回收不能释放被Hash表中引用的字符串，因为Hash表中正在容纳对他们的引用。除非进程终止）

案例三：变量追加赋值（ += ）

前面提到了String属于类，它是不可变的。即一旦一个String对象被创建以后便不能被更改、变长、修改；直至这个对象被销毁。

小案例：

String  str1 = "Hello" ;
str1 + = " Word" ;
//打印出来的str1为：Hello  Word
System.out.println(str1)

看到这里，可能就会有疑问：不是长度不可以变吗？为什么变量str1的长度会增加？会被修改？
针对这个问题，我又画了一张底层实现原理图，希望能够帮助到大家。如图所示：
在这里插入图片描述
公式变化：
str1在追加赋值+=“Word”时，（图中为了好看，堆地址0x0003对应的字符串对象我添加了空格，不要被误导了哈~）实际上是str1+“Word”（str1指向Hello） → Hello+Word → " HelloWord "。

底层变化：

str1 中的“Hello”、“Word” 在常量池中没有，所以需要在常量池中创建对应key，其value（0x0001、0x0002）指向堆中的对象指针（Hello、Word）。
前面也提到了，实际上str1 = str1+“Word”，而这一步操作是隐式操作，不走字符串常量池的。
也就是说：Hello+Word 是在堆中相加的，生成了新的对象。
其新生成堆地址0x0003（对象在堆中地址）会赋给str1。
str1 根据这个地址去找到对象 “ HelloWord ”。（之前的实例对象“Hello”“Word”依然存在，只是不再被引用了而已）。

1.2 常量池扩展（IsInterned、ReferenceEquals）

有关常量池动态机制在此处查看： string常量池/驻留池——动态机制
这两个都是在C#中提供的方法，java的我还没有使用过。之后的java练习中找到了平替将会及时补充本文哈。

Object.ReferenceEquals() 确定实例是否为同一实例

ReferenceEquals 方法是 Object类的静态方法 ，不能被改写。该方法可以比较两个引用类型的引用是否指向用一个实例。

案例一：
> string aa = "Hello";
> string bb = "Hello";  
> aa == bb     
//判断变量是否相等。返回结果为：true
 true
 
案例二： 
> object.ReferenceEquals(aa,bb)
 //判断两个变量引用地址是否相同
 t