浅析C#中StringBuilder类的高效及与String的对比

当需要对一个字符串进行频繁的操作时，使用C#中的StringBuilder类可以优化字符串的操作效率。

StringBuilder类的特点

StringBuilder类的特点有以下几个：

1. 可变字符串
2. 追加、插入、替换等操作不会创建新的字符串对象，而是基于原有字符串进行修改，因此不会频繁申请新的内存空间。
3. StringBuilder与String类型的字符串是完全兼容的。

String与StringBuilder的对比

使用String类型的字符串进行字符串操作时，会经常创建新的字符串对象，浪费大量内存空间，在处理大量字符串时效率很低。例如：

string str = "";
for(int i = 0; i < 10000; i++) {
    str += "a";
}

使用StringBuilder则避免了这个问题，因为StringBuilder只会在完成操作或调用ToString()方法时才会创建新的字符串对象。示例代码如下：

StringBuilder sb = new StringBuilder();
for(int i = 0; i < 10000; i++) {
    sb.Append("a");
}
string str = sb.ToString();

示例说明

下面通过两个示例说明StringBuilder的优势。

示例一

例如，我们需要将一组数字按照指定格式输出，代码如下：

int[] nums = {1, 2, 3, 4, 5};
string str = "";
for(int i = 0; i < nums.Length; i++) {
    str += nums[i].ToString("D2");
    if(i != nums.Length - 1) {
        str += ",";
    }
}
Console.WriteLine(str);

运行上述代码，得到的输出为："01,02,03,04,05"。但是通过运行性能分析工具YouKit性能剖析，可以发现在上述代码中，大部分时间都花费在了字符串拼接上。因为每次循环拼接字符串时，都会创建新的字符串对象。

我们可以使用StringBuilder来优化代码，代码如下：

int[] nums = {1, 2, 3, 4, 5};
StringBuilder sb = new StringBuilder();
for(int i = 0; i < nums.Length; i++) {
    sb.Append(nums[i].ToString("D2"));
    if(i != nums.Length - 1) {
        sb.Append(",");
    }
}
string str = sb.ToString();
Console.WriteLine(str);

运行优化后的代码，得到的输出结果和之前相同，但是运行时间大幅缩短。

示例二

再举一个简单的例子，假设有一个长度为100000的字符串，需将其中的所有字母“a”都替换为字母“b”，代码如下：

string str = new string('a', 100000);
str = str.Replace("a", "b");

通过运行性能剖析工具YouKit进行分析，可以发现这段代码中，字符串的Replace操作占用了绝大部分的时间。

如果我们使用StringBuilder来实现，代码如下：

string str = new string('a', 100000);
StringBuilder sb = new StringBuilder(str);
for(int i = 0; i < sb.Length; i++) {
    if(sb[i] == 'a') {
        sb[i] = 'b';
    }
}
string str2 = sb.ToString();

运行优化后的代码，可以发现在大字符串替换操作时，使用StringBuilder类的效率远高于使用String类型的字符串。

总结

在C#中，使用StringBuilder类可以优化对字符串的操作效率，比起直接使用String类型的字符串减小了内存开销，提高了执行效率。在处理大量字符串时，推荐使用StringBuilder类，特别是在需要频繁进行插入、追加、替换等操作时，使用StringBuilder类可以极大的提高效率。