.NET 遺忘錄（六）：String 駐留、不變性與高效比較的底層機制

System.String 是 .NET 中最特殊的參考型別：擁有值型別語意（不變性）、編譯器/CLR 深度優化（ldstr 指令）、全域駐留池。掌握其底層機制，是寫出高效能字串處理代碼的前提。

字串駐留：CLR 級別的全域快取

CLR 啟動時在 SystemDomain 建立一個 Hashtable（Key=字串內容, Value=記憶體位址）。所有字面常數（ldstr 載入）與 String.Intern 產生的字串均進入此池。

string s1 = "Hello";
string s2 = "Hello";
Object.ReferenceEquals(s1, s2); // true，指向同一駐留實例

不變性：修改即新建

s2 = "Hello World"; // 重新配置記憶體，s1 不受影響
// 駐留表新增 "Hello World" 條目，s2 指向新位址

設計動機：

1. 執行緒安全：共享唯讀資料無鎖需求
2. 駐留可行性：若可變，駐留池內容將不可信

動態字串不自動駐留

string s3 = s1 + " World"; // 運算時產生，不進駐留池
Object.ReferenceEquals(s2, s3); // false！

Intern 手動駐留與高效比較策略

s3 = String.Intern(s3); // 強制檢索/加入駐留池
Object.ReferenceEquals(s2, s3); // true

// 高效比較模式
if (Object.ReferenceEquals(a, b)) return true;  // 极快路徑：同一實例
if (a.Length != b.Length) return false;         // 快速失敗
return String.CompareOrdinal(a, b) == 0;        // 逐字元比較

適用場景：大量重複字串比較（如 XML 解析、日誌分析、編譯器符號表）。Intern 本身有成本，僅在「比較次數極多且重複率高」時划算。

StringBuilder 為何必要

字串不變性導致 s += "x" 每次配置新物件、產生垃圾。StringBuilder 內部維護可變字元陣列，Append 為 O(1) 擴容，最終 ToString() 單次配置。

總結：String 的三重身份