C# 字串處理核心：String vs StringBuilder 完整指南與效能抉擇

String 不可變本質

string s = "Hello";
s += " World"; // 實際發生：
// 1. 配置新字串 (11 chars)
// 2. 複製 "Hello"
// 3. 複製 " World"
// 4. s 指向新字串，舊字串等待 GC

每次修改都**配置新記憶體、複製內容**，大量串接會產生大量暫時物件，觸發 Gen 0/1 GC，嚴重影響效能。

StringBuilder 可變緩衝區

var sb = new StringBuilder("Hello", 100); // 初始容量 100
sb.Append(" World");        // 在緩衝區尾端寫入，不配置新物件
sb.AppendLine("!");
sb.Replace("World", "C#");  // 原地取代
string result = sb.ToString(); // 最後一次性轉為 String

核心 API 對照表

效能基準測試 (10 萬次串接)

// String: ~1200 ms, Gen0 GC 200+ 次
string s = "";
for (int i = 0; i < 100000; i++) s += "x";

// StringBuilder: ~5 ms, Gen0 GC 0 次
var sb = new StringBuilder(100000);
for (int i = 0; i < 100000; i++) sb.Append('x');

差距 > 200 倍，GC 壓力歸零。

何時用哪個？決策樹

1. **已知固定次數/簡單格式化** → string.Concat / $"" / string.Join (編譯器優化單次配置)。
2. **迴圈、遞迴、動態次數、大量修改** → StringBuilder (指定預估容量避免擴容)。
3. **需大量查詢/比較/大小寫** → String (API 豐富、不可變安全)。
4. **高效能/零配置** → Span + StringBuilder / String.Create (進階)。

StringBuilder 容量管理

• Capacity：目前緩衝區大小 (可手動設定，擴容通常雙倍)。
• Length：實際字元數。
• MaxCapacity：上限 (預設 int.MaxValue)，可限制防止惡意/錯誤耗盡記憶體。
• 建構子 new StringBuilder(initCapacity) 避免多次擴容複製。

進階：String.Create 配合 Span (NET Core 2.1+)

// 零配置格式化範例：產生 "Item_0001" ~ "Item_9999"
string[] items = new string[10000];
for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
    items[i] = string.Create(10, i, (span, value) =>
    {
        "Item_".AsSpan().CopyTo(span);
        // 手寫 4 位數字格式化
        int v = value;
        span[9] = (char)('0' + v % 10); v /= 10;
        span[8] = (char)('0' + v % 10); v /= 10;
        span[7] = (char)('0' + v % 10); v /= 10;
        span[6] = (char)('0' + v % 10);
    });
}

極致效能場景 (高頻日誌、序列化) 可考慮。

總結

String = 不可變、語意安全、API 豐富，適合大多數業務邏輯。
StringBuilder = 可變緩衝區、批次修改零配置，專為**大量串接/修改**設計。
掌握兩者邊界，善用 `string.Join`、`String.Create` 等現代 API，即可寫出兼具可讀性與高效能的字串處理程式碼。