.Net中字符串不變性與相等判斷的特殊應用場景分析

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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存中的布局。

如何在visual studio中查看變量的內存布局

在VS中可以非常方便的查看托管或非托管變量的內存值。方法如下。

• 依次在調試模式下打開 調試 -> 窗口 -> 內存 -> 內存1（1~4均可） 打開內存對話框。

• 在地址欄中輸入變量名即可。

字符串變量在內存中的布局

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

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（這里由于并沒有執行lock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 字符串數組* char，注意都是小端模式。

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

比較與解答

• e1 = true; 通過內存看合情合理，畢竟都同一塊內存了。

• 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了。我們很容易看出這里比較的目的是比較兩段內存是否相等，顯然為true。

• e4 = false;這里是為了比較不同序列化方式的影響，和e2類似，結果顯然是false。

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