Question

字符串是由若干字符组成的序列。由于字符串在编程时使用的频率非常高，为了优化，很多语言都对字符串做了特殊的规定。下面分别讨论C/C++和C#中字符串的特性。

C/C++中每个字符串都以字符'\0'作为结尾，这样我们就能很方便地找到字符串的最后尾部。但由于这个特点，每个字符串中都有一个额外字符的开销，稍不留神就会造成字符串的越界。比如下面的代码：

我们先声明一个长度为10的字符数组，然后把字符串"0123456789"复制到数组中。"0123456789"这个字符串看起来只有10个字符，但实际上它的末尾还有一个'\0'字符，因此它的实际长度为11个字节。要正确地复制该字符串，至少需要一个长度为11个字节的数组。

为了节省内存，C/C++把常量字符串放到单独的一个内存区域。当几个指针赋值给相同的常量字符串时，它们实际上会指向相同的内存地址。但用常量内存初始化数组，情况却有所不同。下面通过一个面试题来学习这一知识点。运行下面的代码，得到的结果是什么？

str1和str2是两个字符串数组，我们会为它们分配两个长度为12个字节的空间，并把"hello world"的内容分别复制到数组中去。这是两个初始地址不同的数组，因此str1和str2的值也不相同，所以输出的第一行是str1 and str2 are not same。

str3和str4是两个指针，我们无须为它们分配内存以存储字符串的内容，而只需要把它们指向"hello world在内存中的地址就可以了。由于"hello world是常量字符串，它在内存中只有一个拷贝，因此str3和str4指向的是同一个地址。所以比较str3和str4的值得到的结果是相同的，输出的第二行是str3 and str4 are same。

在C#中，封装字符串的类型System.String有一个非常特殊的性质：String中的内容是不能改变的。一旦试图改变String的内容，就会产生一个新的实例。请看下面的C#代码：

虽然我们对str做了ToUpper和Insert两个操作，但操作的结果都是生成一个新的String实例并在返回值中返回，str本身的内容都不会发生改变，因此最终str的值仍然是"hello"。由此可见，如果试图改变String的内容，改变之后的值只可以通过返回值得到。用String作连续多次修改，每一次修改都会产生一个临时对象，这样开销太大会影响效率。为此C#定义了一个新的与字符串相关的类型StringBuilder，它能容纳修改后的结果。因此如果要连续多次修改字符串内容，用StringBuilder是更好的选择。

和修改String内容类似，如果我们试图把一个常量字符串赋值给一个String实例，也不是把String的内容改成赋值的字符串，而是生成一个新的String实例。请看下面的代码：

在上面的代码中，我们先判断String是值类型还是引用类型。类型String的定义是public sealed class String {...}。既然是class，那么String自然就是引用类型。接下来在方法ModifyString里，对text赋值一个新的字符串。我们要记得text的内容是不能被修改的。此时会先生成一个新的内容是"world"的String实例，然后把text指向这个新的实例。由于参数text没有加ref或者out，出了方法ModifyString之后，text还是指向原来的字符串，因此输出仍然是"hello"。要想实现出了函数之后text变成"world"的效果，我们必须把参数text标记ref或者out。