使用string.Format需要注意的一个性能问题

今天，我在写C#代码时，突然发现一个最熟悉的陌生人 —— string.Format。在写C#代码的日子里，与它朝夕相伴，却没有真正去了解它。只知道在字符串比较多时，用它比用加号进行字符串连接效率更高（当然也更方便）。可是却从来没有问过为什么？

在生活中也有类似的现象，与你朝夕相处、你最熟悉的人，你往往不会进一步去了解她（他），你已经习惯了她（他），你认为你已经太了解她（他）了。。。真的是这样吗？这值得去思考。。。

博问中的一个问题 —— StringBuilder，String.concat()，String+String 哪一个效率高？  激发了我的好奇心，想一探string.Format的究竟，而且在开发中也正好遇到一个字符串连接的问题。

了解.NET世界中的东西其实很简单，只要通过工具反编译出相应的.NET类库代码，我们来看看string.Fomat的代码：

    public static string Format(string format, object arg0, object arg1, object arg2)
    {
      if (format == null)
        throw new ArgumentNullException("format");
      return string.Format((IFormatProvider) null, format, arg0, arg1, arg2);
    }

实际调用的是另外一个签名的string.Format：

    public static string Format(IFormatProvider provider, string format, params object[] args)
    {
      if (format == null || args == null)
        throw new ArgumentNullException(format == null ? "format" : "args");
      StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder(format.Length + args.Length * 8);
      stringBuilder.AppendFormat(provider, format, args);
      return ((object) stringBuilder).ToString();
    }

哦，原来用的就是StringBuilder（也许你早就知道了），string.Format只是StringBuilder的改装精简版。

既然是StringBuilder，它必然无法避免一个影响StringBuilder性能的问题 —— 初始化容量（capacity）的问题，string.Format是如何解决的呢？从上面的代码一眼就可以看出，初始化容量是这么计算出来的：

format.Length + args.Length * 8

从这个计算公式可以看出，假设需要format的字符串是10个，如果这10字符串累加起来的字符数不超过80，就能发挥StringBuilder的最佳性能；否则，StringBuider需要扩容，从而带来性能损失。

所以，对于大字符串，string.Format不是最佳选择。

那最佳选择是什么？还是StringBuilder，只不过要自己写代码计算初始化容量。分享一下今天我们在实际开发中使用的代码：

var bodyFormat = "<span id=\"comment_body_{0}\">{1}</span><br/>";                        
var diggFormat = " <a href=\"javascript:void(0);\" onclick=\"voteComment({0},'Digg')\">支持({2})</a>";
var buryFormat = " <a href=\"javascript:void(0);\" onclick=\"voteComment({0},'Bury')\">反对({3})</a>";
var args = new string[]{ comment.ID.ToString(), comment.Body, comment.DiggCount.ToString(), comment.BuryCount.ToString() };
//计算初始化容量
int capacity = bodyFormat.Length + diggFormat.Length + buryFormat.Length;
for (int i = 0; i < args.Length; i++)
{
    capacity += args[i].Length;
}
var sb = new StringBuilder(capacity);
sb.AppendFormat(bodyFormat,args); 
sb.AppendFormat(diggFormat,args); 
sb.AppendFormat(buryFormat,args);
Post.Text = sb.ToString();

这里没有使用string.Format，一是因为comment.Body的字符数会很多，string.Format分配的初始化容量不够。二是因为string.Format不能分批Fomat，格式字符串只能写在一起，造成格式字符串很长，也就是bodyFormat, diggFormat, buryFormat要拼成一个字符串。

麻烦主要在参数字符串(args)的长度计算，要将每个字符串的字符数进行累加。我们采用的方法是将所有参数放在string[]类型的变量中，通过遍历数组进行计算，然后将这个string[]类型的变量直接传给StringBuilder.AppendFormat（它支持的参数类型是object[]）。

小结

写这篇博文不是为让你弃用string.Format，而是让你了解它所存在的限制，在某些性能要求极高的场景下，可以考虑到这个影响因素。

更新

针对这个问题，实现了两个扩展方法。

1. 针对单个格式字符串

namespace System
{
    public static class StringExtension
    {
        public static string FormatWith(this string format, params object[] args)
        {
            if (format == null || args == null)
            {
                throw new ArgumentNullException((format == null) ? "format" : "args");
            }
            else
            {
                var capacity = format.Length + args.Where(a => a != null).Select(p => p.ToString()).Sum(p => p.Length);
                Console.WriteLine(capacity);
                var stringBuilder = new StringBuilder(capacity);
                stringBuilder.AppendFormat(format, args);
                return stringBuilder.ToString();
            }
        }        
    }
}

调用示例：

"welcome to {0}! welcome to {1}!".FormatWith("www.cnblogs.com", "q.cnblogs.com");

2. 针对多个格式字符串

namespace System
{
    public static class StringExtension
    {
        public static string FormatWith(this IEnumerable<string> formats, params object[] args)
        {
            if (formats == null || args == null)
            {
                throw new ArgumentNullException((formats == null) ? "formats" : "args");
            }
            else
            {
                var capacity = formats.Where(f => !string.IsNullOrEmpty(f)).Sum(f => f.Length) +
                    args.Where(a => a != null).Select(p => p.ToString()).Sum(p => p.Length);
                var stringBuilder = new StringBuilder(capacity);
                foreach (var f in formats)
                {
                    if (!string.IsNullOrEmpty(f))
                    {
                        stringBuilder.AppendFormat(f, args);
                    }
                }
                return stringBuilder.ToString();
            }
        }
    }
}

调用示例：

new string[] { "welcome to {0}!", " welcome to {1}!" }.FormatWith("www.cnblogs.com", "q.cnblogs.com");

前面使用StringBuilder的代码改为调用扩展方法：

Post.Text = new string[]{
"<span id=\"comment_body_{0}\" class=\"blog_comment_body\">{1}</span><br/>",
" <a href=\"javascript:void(0);\" class=\"comment_vote\" onclick=\"voteComment({0},'Digg')\">支持({2})</a>",
" <a href=\"javascript:void(0);\" class=\"comment_vote\" onclick=\"voteComment({0},'Bury')\">反对({3})</a>"
}.FormatWith(comment.ID, comment.Body, comment.DiggCount, comment.BuryCount);