詳解.Net中字符串不變性與相等判斷的特殊場景

更新時間：2022年04月21日 15:08:42 作者：時風拖拉機

本文主要介紹了.Net中字符串不變性與相等判斷的特殊場景，文中通過示例代碼介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下

問題

請看以下例子，并回答問題。

var s1 = "12";
var s2 = "12";

//序列化方式1
var o3 = Newtonsoft.Json.JsonConvert.DeserializeObject<string>(Newtonsoft.Json.JsonConvert.SerializeObject(s1));
//序列化方式2
MemoryStream stream = new MemoryStream();
System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary.BinaryFormatter bf = new System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary.BinaryFormatter();
bf.Serialize(stream, s1);
stream.Seek(0, SeekOrigin.Begin);
var o4 = bf.Deserialize(stream);

//====分割線===================================================

var e1 = object.ReferenceEquals(s1, s2);

var e2 = o4 == s1;

var e3 = s1.Equals(o4);

var e4 = o3 == o4;

Console.ReadKey();

請回答分割線后e1, e2, e3, e4 值為true還是false。

人人都知道在.Net中字符串是享元模式的經(jīng)典范例。字符串具有不變性。（至少在托管層，事實上可以在非托管層修改字符串的值），但你真的能回答對上面的問題么？

答案

e1 = true;
e2 = false;
e3 = true;
e4 = false;

要了解這個問題首先可以看下字符串在內(nèi)存中的布局。

如何在visual studio中查看變量的內(nèi)存布局

在VS中可以非常方便的查看托管或非托管變量的內(nèi)存值。方法如下。

依次在調試模式下打開調試 -> 窗口 -> 內(nèi)存 -> 內(nèi)存1（1~4均可）打開內(nèi)存對話框。
在地址欄中輸入變量名即可。

字符串變量在內(nèi)存中的布局

在.Net中字符串是以UTF-16格式在內(nèi)存中保存的。在本例中s1的內(nèi)存如下。

00 00 00 00 00 00 00 00 98 d6 fc e5 fb 7f 00 00 02 00 00 00 31 00 32 00

這里可能與你拿到的結果不一樣。你可能并沒有前8位0x00，因為我把對象頭帶上了。下面依次解釋各段含義。

00 00 00 00 00 00 00 00 最開始的8比特是對象頭。其中，在64位下，高4位為0，低4位為一個不為0的數(shù)（這里由于并沒有執(zhí)行l(wèi)ock或Gethashcode操作，所以這里為0，感興趣的自行實驗.）
98 d6 fc e5 fb 7f 00 00對象的MethodTable，根據(jù)類型而不同,對象的引用指向的位置。
02 00 00 00 字符串長度，這里是2。
31 00 32 00 字符串數(shù)組* char，注意都是小端模式。

拿以上s1 s2 o3 o4分別實驗可以發(fā)現(xiàn)他們的內(nèi)存一模一樣，其中s1 s2直接就是同一塊內(nèi)存地址，但剩下的內(nèi)存地址都不一樣。

比較與解答

e1 = true; 通過內(nèi)存看合情合理，畢竟都同一塊內(nèi)存了。
e2 = false; 這里如果用的VS的版本比較高的話，也能看出來。因為這里VS會提示：

可能非有意的引用比較。

既然是引用比較，內(nèi)存地址都不一樣，肯定是false了。但是如果vs版本不高的話則迷惑性就較大了，其實這里做的是ReferenceEquals的比較。
e3 = true; 這里問題出在.Net代碼里。字符串類型Equals方法被重載了。

        // Determines whether two strings match.
        public override bool Equals([NotNullWhen(true)] object? obj)
        {
            if (object.ReferenceEquals(this, obj))
                return true;

            if (!(obj is string str))
                return false;

            if (this.Length != str.Length)
                return false;

            return EqualsHelper(this, str);
        }

EqualsHelper方法最終則調用如下。（在.Net 6下）

        // Optimized byte-based SequenceEquals. The "length" parameter for this one is declared a nuint rather than int as we also use it for types other than byte
        // where the length can exceed 2Gb once scaled by sizeof(T).
        public static unsafe bool SequenceEqual(ref byte first, ref byte second, nuint length)

由于實現(xiàn)過于復雜（.Net framework 4.5.2下則較簡單，直接按長度比較char，有興趣的自行查閱），這里就不貼具體實現(xiàn)了。我們很容易看出這里比較的目的是比較兩段內(nèi)存是否相等，顯然為true。