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.NET9 实现字符串拼接（StringConcatenation）性能测试

news 2025/7/7 6:43:49

为了评估 .NET9 平台上使用 C# 中不同字符串拼接操作的性能表现，我们可以使用 BenchmarkDotNet 这一强大的开源库来构建科学且可重复的基准测试。

BenchmarkDotNet 能够自动处理诸如 JIT 编译、预热（Warm-up）、运行次数控制、统计误差分析等底层细节，确保测试结果具有高度准确性与可比性。

在 .NET9 中，使用 C# 字符串拼接的常见方式包括：

使用 + 运算符
使用 string.Concat
使用 string.Format
使用插值字符串 $"{variable}"
使用 StringBuilder

为了满足大家对性能的需求，我会创建两个类：

StringConcatenationOperations.cs：包含各种字符串拼接操作的实现。
StringConcatenationBenchmark.cs：使用 BenchmarkDotNet 对这些操作进行基准测试。

以下是具体的代码实现。

项目准备

项目信息

<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk"><PropertyGroup><OutputType>Exe</OutputType><TargetFramework>net9.0</TargetFramework><ImplicitUsings>enable</ImplicitUsings><Nullable>enable</Nullable><PublishAot>true</PublishAot><InvariantGlobalization>true</InvariantGlobalization></PropertyGroup><ItemGroup><PackageReference Include="Datadog.Trace.BenchmarkDotNet" Version="2.61.0" /></ItemGroup></Project>

StringConcatenationOperations

// ====================================================
// 字符串拼接实现：在 .NET 中，字符串拼接的常见方式
// ====================================================using System.Text;namespace BenchmarkTest.examples.StringConcatenation;internal static class StringConcatenationOperations
{// 使用 + 运算符public static string UsePlusOperator(string a, string b, string c){return a + b + c;}// 使用 string.Concatpublic static string UseStringConcat(string a, string b, string c){return string.Concat(a, b, c);}// 使用 string.Formatpublic static string UseStringFormat(string a, string b, string c){return string.Format("{0}{1}{2}", a, b, c);}// 使用插值字符串 $"{variable}"public static string UseStringInterpolation(string a, string b, string c){return $"{a}{b}{c}";}// 使用 StringBuilderpublic static string UseStringBuilder(string a, string b, string c){var sb = new StringBuilder();sb.Append(a);sb.Append(b);sb.Append(c);return sb.ToString();}
}

StringConcatenationBenchmark

using BenchmarkDotNet.Attributes;
using BenchmarkDotNet.Configs;
using BenchmarkDotNet.Running;
using Datadog.Trace.BenchmarkDotNet;namespace BenchmarkTest.examples.StringConcatenation;[DatadogDiagnoser]
[MemoryDiagnoser]
public class StringConcatenationBenchmark
{private const string A = "Hello";private const string B = " ";private const string C = "World";[Benchmark]public string PlusOperator(){return StringConcatenationOperations.UsePlusOperator(A, B, C);}[Benchmark]public string StringConcat(){return StringConcatenationOperations.UseStringConcat(A, B, C);}[Benchmark]public string StringFormat(){return StringConcatenationOperations.UseStringFormat(A, B, C);}[Benchmark]public string StringInterpolation(){return StringConcatenationOperations.UseStringInterpolation(A, B, C);}[Benchmark]public string StringBuilder(){return StringConcatenationOperations.UseStringBuilder(A, B, C);}public static void Run(IConfig config){var summary = BenchmarkRunner.Run<StringConcatenationBenchmark>(config);Console.WriteLine(summary);}
}

在 Program.cs 中运行基准测试

using BenchmarkDotNet.Configs;
using Datadog.Trace.BenchmarkDotNet;
using BenchmarkTest.examples.StringConcatenation;Console.WriteLine("Hello, BenchmarkDotNetTest!");var config = DefaultConfig.Instance.WithDatadog();
StringConcatenationBenchmark.Run(config);

运行测试

在项目根目录，使用 pwsh 终端输入命令：

dotnet run -c Release

输出信息：

StringConcatenationBenchmark

以下是对 BenchmarkDotNet 测试结果的详细分析：

🧪 测试环境信息

BenchmarkDotNet 版本: v0.13.2
操作系统: Windows 11 (10.0.26100.4484)
.NET SDK: 9.0.301
运行时: .NET 9.0.6 (9.0.625.26613), X64 AOT AVX2
JIT 编译器: RyuJIT AVX2

📊 基准测试结果

方法名	平均耗时（Mean）	误差范围（Error）	标准差（StdDev）	GC Gen0 次数	内存分配
PlusOperator	21.01 ns	0.233 ns	0.207 ns	0.0306	48 B
StringConcat	21.06 ns	0.493 ns	0.606 ns	0.0306	48 B
StringFormat	78.65 ns	1.389 ns	1.300 ns	0.0305	48 B
StringInterpolation	20.88 ns	0.460 ns	0.529 ns	0.0306	48 B
StringBuilder	35.37 ns	0.769 ns	1.175 ns	0.0969	152 B

🔍 逐项分析

1. `+` 运算符拼接 (`PlusOperator`)

平均耗时: 21.01 ns
内存分配: 48 字节
特点:
- 简洁直观，适合少量字符串拼接。
- 在编译时会自动优化为 string.Concat。
结论: 性能优秀，适合简单拼接场景。

2. `string.Concat` (`StringConcat`)

平均耗时: 21.06 ns
内存分配: 48 字节
特点:
- 直接调用底层方法，性能与 + 相当。
- 更加显式地表达意图，适合对性能敏感或需要明确控制拼接逻辑的代码。
结论: 和 + 类似，但更推荐用于多参数拼接。

3. `string.Format` (`StringFormat`)

平均耗时: 78.65 ns
内存分配: 48 字节
特点:
- 支持格式化字符串，适合需要插入变量和格式控制的场景。
- 由于涉及解析格式字符串，性能较差。
结论: 如果需要格式化，可以使用；否则建议避免。

4. 插值字符串 (`StringInterpolation`)

平均耗时: 20.88 ns
内存分配: 48 字节
特点:
- C# 6 引入的新特性，语法简洁、可读性高。
- 实际上会被编译为 string.Format 或直接内联为 string.Concat。
结论: 性能优异，同时具备良好的可读性，推荐使用。

5. `StringBuilder` (`StringBuilder`)

平均耗时: 35.37 ns
内存分配: 152 字节
特点:
- 适用于频繁修改或大量拼接的场景（如循环中拼接字符串）。
- 初始化和操作有一定开销，不适合一次性小规模拼接。
结论: 多次拼接时优势明显，单次拼接不推荐。

⚠️ 警告信息

MultimodalDistribution（多峰分布）
- StringBuilder 方法的执行时间分布呈现双峰（bimodal），说明其性能波动较大。
- 可能原因：GC 影响、缓存命中率变化或其他外部因素。

⚠️ 提示信息

Outliers（异常值）
- PlusOperator、StringFormat 和 StringInterpolation 都检测到了一些性能异常值。
- 通常由系统负载、GC 操作或其他临时干扰引起。
- 建议多次运行以确保数据稳定性。

📌 总结建议

使用场景	推荐方式	原因
简单拼接	`+` 或 `string.Concat`	性能最佳，语法简洁
需要格式化输出	`string.Format`	功能强大，但性能略差
提高可读性和现代写法	插值字符串 `$"{a}{b}"`	性能接近最优，语法清晰
循环拼接或大量拼接	`StringBuilder`	减少内存分配，避免频繁创建新字符串
高频调用的小规模拼接	避免使用 `StringBuilder`	初始开销大，小规模拼接时不划算