C# 字串完整指南：建立、不可變性、常用方法、格式化、插值與效能最佳化

字串 是 C# 中使用最頻繁的型別之一。string（System.String 別名）是不可變的參考型別，採用 UTF-16 編碼。理解字串特性、掌握核心 API、避免效能陷阱，是寫出高品質 C# 程式的基本功。

字串建立方式

// 1. 字串常值
string s1 = "Hello World";
string s2 = @"C:\Path\To\File"; // 逐字字串：不處理逸出字元，可跨行

// 2. 建構函式
char[] chars = { 'H', 'e', 'l', 'l', 'o' };
string s3 = new string(chars);
string s4 = new string('*', 10); // "**********"

// 3. 串連
string s5 = "Hello" + " " + "World";
string s6 = string.Concat("Hello", " ", "World");

// 4. 插值字串 (C# 6+)
var name = "Alice"; var age = 30;
string s7 = $"Name: {name}, Age: {age}";

// 5. 格式化
string s8 = string.Format("{0:C}", 1234.56); // "$1,234.56"
string s9 = string.Format("{0:yyyy-MM-dd}", DateTime.Now);

// 6. StringBuilder (高效能建立)
var sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 1000; i++) sb.Append(i).Append(',');
string s10 = sb.ToString();

不可變性與效能陷阱

字串不可變：任何「修改」操作都會建立新字串實例。

// 糟糕：迴圈中串連，產生 1000 個中間字串，GC 壓力大
string bad = "";
for (int i = 0; i < 1000; i++) bad += i.ToString();

// 正確：StringBuilder
var sb = new StringBuilder(1000 * 4); // 預估容量
for (int i = 0; i < 1000; i++) sb.Append(i);
string good = sb.ToString();

經驗法則：固定次數串連用 + / 插值；迴圈/不定次數用 StringBuilder。

核心屬性與方法速查

字串比較：文化特性與序數比較

關鍵建議：明確指定 StringComparison，避免預設文化特性導致 Bug：

// 檔案路徑、XML 標籤、內部識別碼：用序數比較 (快、確定)
if (path.EndsWith(".config", StringComparison.OrdinalIgnoreCase)) { }

// 使用者輸入、顯示用排序：用目前文化特性
if (userInput.Equals("admin", StringComparison.CurrentCultureIgnoreCase)) { }

// 內部邏輯、不區分文化特性：OrdinalIgnoreCase 最安全

格式化與插值進階

標準格式字串

// 數值
1234.5.ToString("C")      // "$1,234.50" (貨幣)
1234.5.ToString("F2")     // "1234.50" (固定小數)
1234.5.ToString("N")      // "1,234.50" (千分位)
0.1234.ToString("P")      // "12.34 %" (百分比)
42.ToString("X")          // "2A" (十六進位)

// 日期時間
DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss") // "2024-01-15 14:30:45"
DateTime.Now.ToString("o")                   // ISO 8601 "2024-01-15T14:30:45.1234567"
DateTime.Now.ToString("r")                   // RFC 1123 "Mon, 15 Jan 2024 14:30:45 GMT"

// 自訂格式
42.ToString("D5")           // "00042" (補零)
1234.ToString("##,##0")     // "1,234" (千分位)

插值字串進階

var price = 1234.56;
var date = DateTime.Now;

// 格式指定
$"Price: {price:C2}"           // "Price: $1,234.56"
$"Date: {date:yyyy-MM-dd}"     // "Date: 2024-01-15"

// 對齊
$"|{name,-10}|{age,3}|"        // 左對齊 10 寬、右對齊 3 寬

// 條件運算式
$"Status: {(isActive ? "Active" : "Inactive")}"

// 逐字插值 (C# 11+)
$@"
    SELECT * FROM Users
    WHERE Name = {name}
    AND Age > {minAge}
";

StringBuilder 最佳實踐

// 1. 預估容量避免擴容
var sb = new StringBuilder(estimatedLength);

// 2. 連結鏈式呼叫
sb.Append("Header").AppendLine().Append(data).AppendLine("Footer");

// 3. 重複使用 (清除而非新建)
sb.Clear(); // 長度歸零，容量保留
sb.Append(newData);

// 4. 附加格式化
sb.AppendFormat("User: {0}, ID: {1}", name, id);

// 5. 移除尾端分隔符
if (sb.Length > 0) sb.Length--; // 移除最後一字元

Span 與記憶體效能

.NET Core 2.1+ ReadOnlySpan<char> 避免子字串配置：

ReadOnlySpan span = "Hello World".AsSpan();
var world = span.Slice(6); // 無配置，指向原字串記憶體
Console.WriteLine(world.ToString()); // 需要字串時才 ToString()

// 解析不配置
if (int.TryParse(span.Slice(0, 5), out int num)) { }

常見問題 FAQ

Q: 為什麼字串設計為不可變？

A: 執行緒安全、安全性（字串內部化、哈希表鍵）、最佳化（字串驻留、共享）、簡化記憶體管理。

Q: string vs String？

A: string 是 C# 關鍵字（型別別名），String 是 FCL 型別名稱。功能相同，慣例：變數宣告用 string，靜態方法用 String（如 String.Compare）。

Q: 如何高效移除字串中的特定字元？

// 悪劣：多次 Replace
s = s.Replace("a", "").Replace("b", "").Replace("c", "");

// 良好：StringBuilder 逐字元檢查
var sb = new StringBuilder(s.Length);
foreach (char c in s) if (!removeSet.Contains(c)) sb.Append(c);

Q: 字串驻留 是什麼？

A: 編譯期常值字串自動駐留；執行期可用 string.Intern/IsInterned 手動管理。相同內容駐留字串共用同一實例，ReferenceEquals 為 true。