.NET/C# 编译期间能确定的相同字符串,在运行期间是相同的实例

我们知道,在编译期间相同的字符串,在运行期间就会是相同的字符串实例。然而,如果编译期间存在字符串的运算,那么在运行期间是否是同一个实例呢?

只要编译期间能够完全确定的字符串,就会是同一个实例。


字符串在编译期间能确定的运算包括:

  1. A + B 即字符串的拼接
  2. $"{A}" 即字符串的内插

字符串拼接

对于拼接,我们不需要运行便能知道是否是同一个实例:

private const string X = "walterlv is a";
private const string Y = "逗比";
private const string Z = X + Y;

以上这段代码是可以编译通过的,因为能够写为 const 的字符串,一定是编译期间能够确定的。

字符串内插

对于字符串内插,以上代码我们不能写成 const

错误提示

错误提示为:常量的初始化必须使用编译期间能够确定的常量。

然而,这段代码不能在编译期间确定吗?实际上我们有理由认为编译器其实是能够确定的,只是编译器这个阶段没有这么去做而已。

实际上在 2017 年就有人在 GitHub 上提出了这个问题,你可以在这里看讨论:

但是,我们写一个程序来验证这是否是同一个实例:

using System;

namespace Walterlv.Demo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine(ReferenceEquals(A, A));
            Console.WriteLine(ReferenceEquals(C, C));
            Console.WriteLine(ReferenceEquals(E, E));
            Console.WriteLine(ReferenceEquals(G, G));
            Console.ReadKey(true);
        }

        private static string A => $"walterlv is a {B}";
        private static string B => "逗比";
        private static string C => $"walterlv is a {D}";
        private static string D = "逗比";
        private static string E => $"walterlv is a {F}";
        private static readonly string F = "逗比";
        private static string G => $"walterlv is a {H}";
        private const string H = "逗比";
    }
}

以上代码的输出为:

False
False
False
True

也就是说,对于最后一种情况,也就是内插的字符串是常量的时候,得到的字符串是同一个实例;这能间接证明编译期间完全确定了字符串 G。

注意,其他情况都不能完全确定:

  1. 属性内插时一定不确定;
  2. 静态字段内插时,无论是否是只读的,都不能确定。(谁知道有没有人去反射改掉呢?)

我们可以通过 IL 来确定前面的间接证明(代码太长,我只贴出来最重要的 G 字符串,以及一个用来比较的 E 字符串):

.method private hidebysig static specialname string
    get_G() cil managed
{
    .maxstack 8

    // [22 36 - 22 56]
    IL_0000: ldstr        "walterlv is a 逗比"
    IL_0005: ret

}
.method private hidebysig static specialname string
    get_E() cil managed
{
    .maxstack 8

    // [20 36 - 20 56]
    IL_0000: ldstr        "walterlv is a "
    IL_0005: ldsfld       string Walterlv.Demo.Roslyn.Program::F
    IL_000a: call         string [System.Runtime]System.String::Concat(string, string)
    IL_000f: ret

}

可以发现,实际上 G 已经在编译期间完全确定了。

扩展:修改编译期间的字符串

前面我们说到可以在编译期间完全确定的字符串。呃,为什么一定要抬杠额外写一节呢?

下面我们修改编译期间确定的字符串,看看会发生什么:

static unsafe void Main(string[] args)
{
    // 这里的 G 就是前面定义的那个 G。
    Console.WriteLine("walterlv is a 逗比");
    Console.WriteLine(G);
    fixed (char* ptr = "walterlv is a 逗比")
    {
        *ptr = 'W';
    }
    Console.WriteLine("walterlv is a 逗比");
    Console.WriteLine(G);

    Console.ReadKey(true);
}

运行结果是:

walterlv is a 逗比
walterlv is a 逗比
Walterlv is a 逗比
Walterlv is a 逗比

虽然我们看起来只是在修改我们自己局部定义的一个字符串,但是实际上已经修改了另一个常量以及属性 G。

少年,使用指针修改字符串是很危险的!鬼知道你会把程序改成什么样!


参考资料

blog bulletin

本文会经常更新,请阅读原文: https://blog.walterlv.com/post/same-strings-at-compile-time-are-the-same-instances-at-runtime.html ,以避免陈旧错误知识的误导,同时有更好的阅读体验。

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