C# 中的字符串数据类型、不可变性和常见字符串操作

1. 字符串数据类型

在 C# 中，字符串数据类型是通过 string 关键字表示，它是 System.String 类的别名。字符串是一组字符的集合，常用于存储和操作文本。

• 声明与初始化：
• string text = "Hello, World!";
• 特点：
• 引用类型：string 是引用类型，但行为类似于值类型。
• 不可变性：字符串一旦创建，其内容无法更改。

2. 字符串的不可变性

• 不可变性定义： 在 C# 中，字符串是不可变的。任何修改字符串的操作实际上都会创建一个新的字符串实例，而不是修改原来的字符串。
• 优点：
• 线程安全：因为字符串不可变，所以在多线程环境中使用是安全的。
• 哈希一致性：字符串的不可变性使其在字典或集合中作为键时表现稳定。
• 内存优化：C# 使用字符串池（interning）技术共享相同内容的字符串。
• 示例：
• string original = "Hello"; string modified = original + " World"; // 创建了一个新字符串 Console.WriteLine(original); // 输出 "Hello"，原字符串未变

3. 常见字符串操作

C# 提供了丰富的字符串操作方法，以下是一些常用操作。

(1) 字符串连接

• 使用 + 运算符：string firstName = "John"; string lastName = "Doe"; string fullName = firstName + " " + lastName;
• 使用 string.Concat：string fullName = string.Concat(firstName, " ", lastName);
• 使用 StringBuilder（适用于频繁的字符串操作）：using System.Text; StringBuilder sb = new StringBuilder(); sb.Append("Hello"); sb.Append(", World!"); Console.WriteLine(sb.ToString()); // 输出 "Hello, World!"

(2) 字符串分割与合并

• 分割： 使用 Split 方法将字符串分割为数组：string sentence = "apple,banana,grape"; string[] fruits = sentence.Split(',');
• 合并： 使用 string.Join 方法将数组合并为字符串：string[] fruits = { "apple", "banana", "grape" }; string sentence = string.Join(", ", fruits);

(3) 字符串查找

• 索引查找： 使用 IndexOf 或 LastIndexOf：string text = "Hello, World!"; int index = text.IndexOf("World"); // 返回 7
• 判断是否包含： 使用 Contains：bool containsWord = text.Contains("World"); // 返回 true

(4) 字符串替换

使用 Replace 方法替换字符或子字符串：

string text = "Hello, World!";
string replaced = text.Replace("World", "C#");
Console.WriteLine(replaced); // 输出 "Hello, C#!"

(5) 字符串截取

• 使用 Substring 方法截取部分字符串：string text = "Hello, World!"; string sub = text.Substring(7, 5); // 从索引 7 开始，截取 5 个字符 Console.WriteLine(sub); // 输出 "World"
• 使用 Trim 去除空白：string text = " Hello, World! "; string trimmed = text.Trim(); // 去除两端空白

(6) 字符串比较

• 使用 Equals 方法进行字符串比较：string str1 = "hello"; string str2 = "HELLO"; bool isEqual = str1.Equals(str2, StringComparison.OrdinalIgnoreCase); // 忽略大小写
• 使用 Compare 方法进行排序：int result = string.Compare("apple", "banana"); // 返回负数表示 "apple" 小于 "banana"

(7) 字符串格式化

• 使用插值字符串：string name = "John"; int age = 30; string message = $"Name: {name}, Age: {age}";
• 使用 string.Format：string message = string.Format("Name: {0}, Age: {1}", name, age);

(8) 转换大小写

• 使用 ToUpper 和 ToLower：string text = "Hello, World!"; string upper = text.ToUpper(); // 转为大写 string lower = text.ToLower(); // 转为小写

4. 字符串池（String Interning）

C# 为了优化内存使用，会将相同内容的字符串存储到一个共享池中。字符串池的主要特性是相同的字面量字符串共享同一内存地址。

• 示例：
• string str1 = "Hello"; string str2 = "Hello"; Console.WriteLine(object.ReferenceEquals(str1, str2)); // 输出 true
• 注意：动态创建的字符串不会自动加入池中，可以使用 string.Intern 方法。

5. 示例代码：字符串操作

using System;
using System.Text;

class Program
{
    static void Main()
    {
        // 字符串声明与连接
        string greeting = "Hello";
        string name = "World";
        string message = $"{greeting}, {name}!";
        Console.WriteLine(message);

        // 字符串查找
        int index = message.IndexOf("World");
        Console.WriteLine($"Index of 'World': {index}");

        // 替换
        string replaced = message.Replace("World", "C#");
        Console.WriteLine(replaced);

        // 分割与合并
        string[] words = message.Split(' ');
        string joined = string.Join("-", words);
        Console.WriteLine(joined);

        // 使用 StringBuilder
        StringBuilder sb = new StringBuilder("Start");
        sb.Append(" - Middle");
        sb.Append(" - End");
        Console.WriteLine(sb.ToString());
    }
}

6. 总结

• 不可变性：字符串的不可变性提高了安全性和性能，但在大量修改字符串的场景中可能导致内存开销。
• 常见操作：包括连接、查找、替换、分割、格式化等。
• 性能优化：对于频繁修改的场景，推荐使用 StringBuilder。在需要大量字符串比较时，尽量使用 StringComparison 提升效率。