C# 中的 StringBuilder 浅析[亲测有效]

一、string 与 StringBuilder

string 与 StringBuilder 都是C#中常用的字符串类型，两者有以下几点区别：

1、内存分配方式不同

string类型是不可变类型，每次对字符串的修改都会创建一个新的字符串实例。这种方式会导致频繁的内存分配和释放，浪费了性能和内存。

StringBuilder类型是一个可变类型，可以在同一个字符串实例上进行修改，不会为每次修改创建新的字符串实例。这种方式避免了频繁的内存分配和释放，提高了性能和效率。

2、使用方式不同

string类型的使用方式与普通变量类似，可以通过赋值、字符串连接、字符串格式化等方式进行操作。

StringBuilder 类型需要先创建实例，然后使用Append、AppendLine、Insert等方法进行字符串的拼接、插入等操作，最后通过ToString方法生成最终的字符串。

下面是一个使用 string 和 StringBuilder 的示例：

string s = "hello";
s += " ";
s += "world";
s += "!";
//每次字符串的修改都会创建一个新的实例，严重影响性能

StringBuilder sb = new StringBuilder("hello");
sb.Append(" ");
sb.Append("world");
sb.Append("!");
string result = sb.ToString(); //所有的修改都在同一个实例中进行，提高了性能

需要使用StringBuilder的情况包括：

1、需要对字符串进行频繁的拼接、插入等操作；

2、字符串长度较长，使用string会导致大量的内存分配和释放；

3、性能要求较高的场合。

需要注意的是，并非所有的情况下 StringBuilder 都比 string 更优秀，对于字符串拼接等简单操作，使用 string 就可以满足要求。因此，在实际使用时应根据具体情况进行选择。

二、StringBuilder 常用方法及示例

1、Append()

StringBuilder的Append()方法可以向StringBuilder实例的末尾添加指定的字符串，其中可以接受不同类型的参数，包括char、string、bool、整数、单精度和双精度浮点数等等。

StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.Append("hello");
sb.Append(' ');
sb.Append("world");
sb.Append(true);
string result = sb.ToString();  // result = "hello worldTrue"

2、AppendFormat()

StringBuilder的AppendFormat()方法可以将一组格式规范和要格式化的对象的值添加到StringBuilder实例。

StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.AppendFormat("This is a {0} with {1} sides", "polygon", 6);
string result = sb.ToString();  // result = "This is a polygon with 6 sides"

3、Insert()

StringBuilder的Insert()方法可以将指定字符串插入StringBuilder的指定位置。

StringBuilder sb = new StringBuilder();
sb.Append("hello");
sb.Insert(5, " world"); // 在第5个字符处插入一个空格和"world"字符串
string result = sb.ToString(); // 输出 "hello world"

4、Remove()

StringBuilder的Remove()方法可以从StringBuilder中指定位置开始，删除指定数量的字符。

StringBuilder sb = new StringBuilder("hello world");
sb.Remove(5, 6); // 从第5个字符开始删除6个字符，相当于删除了" world"
string result = sb.ToString(); // 输出 "hello"

5、Replace()

StringBuilder的Replace()方法可以替换StringBuilder实例中的所有匹配项。

StringBuilder sb = new StringBuilder("hello world");
sb.Replace("world", "csharp");
string result = sb.ToString(); // 输出 "hello csharp"

6、Clear()

StringBuilder的Clear()方法可以清空StringBuilder实例中的所有字符。

StringBuilder sb = new StringBuilder("hello world");
sb.Clear(); // 清空StringBuilder中的内容
string result = sb.ToString(); // 输出 ""

7、ToString()

StringBuilder的ToString()方法可以将StringBuilder实例转换为字符串。

StringBuilder sb = new StringBuilder("hello world");
string result = sb.ToString(); // 输出 "hello world"

三、StringBuilder 常用属性

1、StringBuilder.Length：获取或设置当前 StringBuilder 对象中字符的数量。

StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");
int length = sb.Length;
Console.WriteLine(length); // 输出：5

sb.Append(" world!");
length = sb.Length;
Console.WriteLine(length); // 输出：12

上述示例中，我们首先使用 StringBuilder 构造函数初始化了一个包含字符串”Hello”的 StringBuilder 对象。接着，我们分别通过 Length 属性获取了 sb 中字符的数量，并在其末尾添加了一个字符串” world!”。最后，我们再次使用 Length 属性获取了更新后的字符数量，并输出到控制台上。

2、StringBuilder.Capacity：获取或设置当前 StringBuilder 对象可以存储的最大字符数。

StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");
int capacity = sb.Capacity;
Console.WriteLine(capacity); // 输出：16

sb.Append(" world!");
capacity = sb.Capacity;
Console.WriteLine(capacity); // 输出：16

上述示例中，我们首先使用 StringBuilder 构造函数初始化了一个包含字符串”Hello”的 StringBuilder 对象。接着，我们分别通过 Capacity 属性获取了 sb 中可以存储的最大字符数，并在其末尾添加了一个字符串” world!”。最后，我们再次使用 Capacity 属性获取了原先设定的最大字符数（这里为16），并输出到控制台上。

3、StringBuilder.MaxCapacity：获取当前 StringBuilder 对象可以达到的最大容量。

StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");
int maxCapacity = sb.MaxCapacity;
Console.WriteLine(maxCapacity); // 输出：2147483646

上述示例中，我们首先使用 StringBuilder 构造函数初始化了一个包含字符串”Hello”的 StringBuilder 对象。接着，我们使用 MaxCapacity 属性获取了当前 sb 对象可以达到的最大容量，即2147483646。注意，实际上我们是不可能达到这个容量的，因为 StringBuilder 对象的长度是由 Capacity 属性控制的，而 Capacity 无法超出 MaxCapacity 的取值。

四、写在文后

C# 的 StringBuilder 类在一些场景下可以提供更好的性能和更易用的 API，它的优缺点如下：

优点：

1、减少内存分配：当使用字符串拼接时，每次执行字符串拼接操作都会创建一个新的字符串对象，这可能会导致内存分配和使用的效率低下。通过 StringBuilder 的 Append 方法可以将多个字符串拼接到一个可变的缓冲区中，从而减少了内存分配和垃圾回收的次数，提高了程序性能。

2、增强字符串处理能力：StringBuilder 提供了一系列的字符串处理方法，如 Insert、Remove、Reverse、AppendFormat 等。这些方法可以极大地提高字符串的处理能力，使得代码更加清晰简洁。

3、可以设置缓冲区大小：可以通过其构造函数或 Capacity 属性设置其缓冲区的大小。这样可以在一定程度上优化代码性能。

缺点：

1、无法线程安全：不同线程之间同时访问同一个 StringBuilder 对象会导致线程安全问题。如果在多个线程之间需要共享一个 StringBuilder 对象，可以采用同步机制或使用线程安全的 StringBuilder 实现（如 ConcurrentStringBuilder）。

2、不支持多个字符编码：StringBuilder 只能操作单一的字符编码，如果需要处理不同编码格式的字符串，需要进行转换或使用其他的编码操作库。

3、仅适用于短字符串拼接：对于长字符串拼接，StringBuilder 的效率可能会变得比较低。在这种情况下，可以使用其他字符串操作技术，比如使用 String.Join 方法或者使用第三方的字符串拼接库。