.NET/C# 編譯期間能確定的相同字元串，在運行期間是相同的實例

2020 年 2 月 10 日
筆記

我們知道，在編譯期間相同的字元串，在運行期間就會是相同的字元串實例。然而，如果編譯期間存在字元串的運算，那麼在運行期間是否是同一個實例呢？

只要編譯期間能夠完全確定的字元串，就會是同一個實例。

字元串在編譯期間能確定的運算包括：

A + B 即字元串的拼接
$"{A}" 即字元串的內插

字元串拼接

對於拼接，我們不需要運行便能知道是否是同一個實例：

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

以上這段程式碼是可以編譯通過的，因為能夠寫為 const 的字元串，一定是編譯期間能夠確定的。

字元串內插

對於字元串內插，以上程式碼我們不能寫成 const：

錯誤提示為：常量的初始化必須使用編譯期間能夠確定的常量。

然而，這段程式碼不能在編譯期間確定嗎？實際上我們有理由認為編譯器其實是能夠確定的，只是編譯器這個階段沒有這麼去做而已。

實際上在 2017 年就有人在 GitHub 上提出了這個問題，你可以在這裡看討論：

但是，我們寫一個程式來驗證這是否是同一個實例：

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";      }  }

以上程式碼的輸出為：

False  False  False  True

也就是說，對於最後一種情況，也就是內插的字元串是常量的時候，得到的字元串是同一個實例；這能間接證明編譯期間完全確定了字元串 G。

注意，其他情況都不能完全確定：

屬性內插時一定不確定；
靜態欄位內插時，無論是否是只讀的，都不能確定。（誰知道有沒有人去反射改掉呢？）

我們可以通過 IL 來確定前面的間接證明（程式碼太長，我只貼出來最重要的 G 字元串，以及一個用來比較的 E 字元串）：

.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    }

可以發現，實際上 G 已經在編譯期間完全確定了。

擴展：修改編譯期間的字元串

前面我們說到可以在編譯期間完全確定的字元串。呃，為什麼一定要抬杠額外寫一節呢？

下面我們修改編譯期間確定的字元串，看看會發生什麼：

static unsafe void Main(string[] args)  {      // 這裡的 G 就是前面定義的那個 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);  }

運行結果是：

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

雖然我們看起來只是在修改我們自己局部定義的一個字元串，但是實際上已經修改了另一個常量以及屬性 G。

少年，使用指針修改字元串是很危險的！鬼知道你會把程式改成什麼樣！

參考資料

本文會經常更新，請閱讀原文： https://blog.walterlv.com/post/same-strings-at-compile-time-are-the-same-instances-at-runtime.html ，以避免陳舊錯誤知識的誤導，同時有更好的閱讀體驗。

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