C# - String vs StringBuilder

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String과 StringBuilder

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우선, 둘 다 문자열을 다루는 클래스이다.
하지만 그 용도가 다르다.

String은 문자열을 ‘표현’하는 용도로 자주 사용되고,
StringBuilder는 문자열을 ‘조작’하는 용도로 사용된다.

다시 말해

String은 ‘불변성’을 가지고,
StringBuilder는 ‘가변성’을 가진다.

String

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.Net / System.String 클래스

기본적으로 String은 변경할 수 없는 형식이다.
즉, 개체(객체)를 수정하는 것처럼 보이는 작업은 실제로 새로운 문자열을 만드는 작업이다.
그에 대한 예제는 아래의 사진을 보면 확인할 수 있다.

start에 할당된 주소와 current에 할당된 주소가 다른 것을 확인할 수 있다

String.Concat() 함수는 기존의 문자열 뒤에 새로운 문자열을 이어 붙이는 함수인데,
이 과정에서 생성된 새로운 문자열은 새로운 메모리 주소를 가진 개체를 반환한다.

cf) unsafe 키워드 사용하기

이러한 이유로, String 클래스는 문자열을 ‘조작’하는 작업에는 성능 저하를 발생시키는데,
대안으로는 문자열 변경이 가능한 StringBuilder 클래스를 사용하는 것이다.

String 클래스를 사용하기 좋은 경우

1. 문자열 조작의 횟수가 작은 경우, 초기화 비용이 큰 StringBuilder를 사용하기보다는 String을 사용한다.
2. 문자열 내에서 검색 작업(IndexOf로 요소에 접근)이 많은 경우는 StringBuilder의 개체를 String 개체로 변경해야 하므로 String을 사용한다.

StringBuilder 작동 방식

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.Net / System.Text.StringBuilder 클래스

StringBuilder 클래스는 문자열을 동적으로 변경할 수 있게 해주는 가변적인 문자열 타입으로,
빈번한 문자열 조작을 최적화하기 위해 설계되었다.

StringBuilder는 내부적으로 문자열을 처리하기 위한 동적 배열을 사용한다.
StringBuilder 개체에 문자를 추가하면, StringBuilder.Capacity 크기와 같을 때까지 길이가 증가한다.
그 크기를 초과하게 되면 새 메모리가 할당되고, Capacity가 두 배로 늘어난다.
이후 새로운 문자열이 StringBuilder 개체에 추가되며, 이러한 동적 할당은 StringBuilder.MaxCapacity값에 도달할 때까지 반복된다.

StringBuilder의 기본 용량은 16자

String 클래스를 사용하기 좋은 경우

1. 프로그램이 실행될 때까지 프로그램이 처리해야 할 문자열의 개수를 미리 알 수 없는 상황
   (ex : 루프를 사용하여 사용자 입력이 포함된 난수의 문자열을 연결할 때)
2. 문자열을 상당히 많이 변경할 것으로 예상되는 경우

문자열 조작이 많은 상황에서 String과 StringBuilder의 성능차이

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// string vs stringBuilder
// 문자열 연산 시 속도 비교

// static은 정적 메서드 사용 시 선언하는데
// 클래스의 인스턴스 생성없이 메서드를 클래스 딴에서 호출할 수 있다.
static int Main()
{
    string str = "Hello";
    DateTime strStartTime = DateTime.Now;

    for (int i = 0; i < 100000; i++)
    {
        // String의 += 연산자는 문자열 조작 시, 새로운 메모리를 할당받는다. 따라서 문자열 조작에 큰 비용이 든다.
        str += " World";
    }

    DateTime strEndTime = DateTime.Now;
    TimeSpan strDuration = strEndTime - strStartTime;
    Console.WriteLine(string.Format($"String Duration: {strDuration.TotalMilliseconds} ms"));

    StringBuilder sb = new StringBuilder("Hello");
    DateTime sbStartTime = DateTime.Now;

    for (int i = 0; i < 100000; i++)
    {
        // StringBuilder의 Append() 함수는 문자열 조작 시, 새로운 개체가 아닌 원본의 동적 배열로 이루어진 문자열의 크기를 늘리므로써 조작하기 때문에 비용이 적다.
        sb.Append(" World");
    }

    DateTime sbEndTime = DateTime.Now;
    TimeSpan sbEndTimeDuration = sbEndTime - sbStartTime;
    Console.WriteLine(string.Format($"StringBuilder Duration: {sbEndTimeDuration.TotalMilliseconds} ms"));

    return 0;
}

문자열 조작 연산이 10만번 있을 때, String과 StringBuilder의 성능 차이