掌握 C# Substring：从入门到精通的字符串操作 – wiki大全

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掌握 C# Substring：从入门到精通的字符串操作

在 C# 编程中，字符串 (string) 是一种非常常见的数据类型。对字符串进行截取、提取是日常开发中必不可少的操作。Substring 方法是 C# 中用于从现有字符串中提取子字符串的关键工具。本文将带你从 Substring 的基础用法入手，逐步深入到高级应用、潜在问题及替代方案，助你全面掌握这一强大的字符串操作方法。

1. Substring 方法简介

Substring 方法是 System.String 类的一个成员，它允许你从一个字符串中按照指定的起始位置和可选的长度截取一部分，生成一个新的字符串。Substring 方法不会修改原始字符串，因为 C# 中的字符串是不可变的 (immutable)。

它主要有两个重载形式：

  • Substring(int startIndex): 从指定的起始索引处开始，一直截取到字符串的末尾。
  • Substring(int startIndex, int length): 从指定的起始索引处开始，截取指定长度的字符。

重要提示: 在 C# 中，字符串的索引是基于 0 的，这意味着第一个字符的索引是 0，第二个是 1，依此类推。

2. 基础用法：入门篇

2.1 Substring(int startIndex)

这个重载非常简单，你只需要提供一个起始索引。

示例 1：从特定位置截取到末尾

“`csharp
string originalString = “Hello, World!”;

// 从索引 7 开始截取，即从 ‘W’ 开始
string sub1 = originalString.Substring(7);
Console.WriteLine($”sub1: {sub1}”); // 输出: World!

// 从索引 0 开始截取，相当于复制整个字符串
string sub2 = originalString.Substring(0);
Console.WriteLine($”sub2: {sub2}”); // 输出: Hello, World!
“`

2.2 Substring(int startIndex, int length)

这个重载需要提供起始索引和要截取的字符长度。

示例 2：从特定位置截取指定长度

“`csharp
string originalString = “C# Substring Tutorial”;

// 从索引 3 (即 ‘S’) 开始，截取 9 个字符
string sub3 = originalString.Substring(3, 9);
Console.WriteLine($”sub3: {sub3}”); // 输出: Substring

// 提取 “C#”
string sub4 = originalString.Substring(0, 2);
Console.WriteLine($”sub4: {sub4}”); // 输出: C#
“`

3. 进阶应用：从字符查找中截取

在实际开发中，你很少会直接知道要截取的起始索引。通常，你需要结合其他字符串方法（如 IndexOf 或 LastIndexOf）来动态地确定截取位置。

3.1 结合 IndexOf 和 Length

IndexOf 方法用于查找某个字符或子字符串第一次出现的索引。

示例 3：提取文件名（不含扩展名）

假设你有文件路径 "document.pdf"，想提取 "document"。

“`csharp
string fileNameWithExtension = “document.pdf”;
int dotIndex = fileNameWithExtension.IndexOf(‘.’);

if (dotIndex != -1) // 确保找到了 ‘.’
{
string fileName = fileNameWithExtension.Substring(0, dotIndex);
Console.WriteLine($”文件名: {fileName}”); // 输出: 文件名: document
}
“`

示例 4：提取 URL 中的域名

假设你有 URL "https://www.example.com/path/to/page"，想提取 "www.example.com"。

“`csharp
string url = “https://www.example.com/path/to/page”;
int schemeEndIndex = url.IndexOf(“://”); // 找到 “://” 的位置

if (schemeEndIndex != -1)
{
int domainStartIndex = schemeEndIndex + 3; // 域名从 “://” 之后开始
int nextSlashIndex = url.IndexOf(‘/’, domainStartIndex); // 找到域名后的第一个 ‘/’

string domain;
if (nextSlashIndex != -1)
{
    // 截取从 domainStartIndex 到 nextSlashIndex 之间的部分
    domain = url.Substring(domainStartIndex, nextSlashIndex - domainStartIndex);
}
else
{
    // 如果没有更多的 '/'，则截取到字符串末尾
    domain = url.Substring(domainStartIndex);
}
Console.WriteLine($"域名: {domain}"); // 输出: 域名: www.example.com

}
“`

3.2 结合 LastIndexOf

LastIndexOf 方法用于查找某个字符或子字符串最后一次出现的索引。

示例 5：提取文件扩展名

假设你有文件路径 "archive.tar.gz"，想提取 "gz"。

“`csharp
string complexFileName = “archive.tar.gz”;
int lastDotIndex = complexFileName.LastIndexOf(‘.’);

if (lastDotIndex != -1)
{
// 从最后一个 ‘.’ 的下一个位置开始截取到末尾
string extension = complexFileName.Substring(lastDotIndex + 1);
Console.WriteLine($”文件扩展名: {extension}”); // 输出: 文件扩展名: gz
}
“`

4. 错误处理：ArgumentOutOfRangeException

Substring 方法最常见的运行时错误是 ArgumentOutOfRangeException。这通常发生在以下情况：

  • startIndex 小于 0。
  • startIndex 大于或等于字符串的 Length。
  • startIndex 加上 length 超出了字符串的范围。

示例 6：导致错误的 Substring 调用

“`csharp
string myString = “Test”;

try
{
// 错误：startIndex 超出范围
string error1 = myString.Substring(5);
}
catch (ArgumentOutOfRangeException ex)
{
Console.WriteLine($”错误1: {ex.Message}”);
}

try
{
// 错误：startIndex + length 超出范围
string error2 = myString.Substring(2, 3); // ‘T’, ‘e’, ‘s’, ‘t’ (length 4) -> (index 2, length 3) means ‘s’, ‘t’, then one more character which doesn’t exist.
}
catch (ArgumentOutOfRangeException ex)
{
Console.WriteLine($”错误2: {ex.Message}”);
}
“`

避免方法：

在调用 Substring 之前，务必检查 startIndex 和 length 的有效性。

“`csharp
string safeString = “Safe”;
int myStartIndex = 1;
int myLength = 2;

if (myStartIndex >= 0 && myStartIndex < safeString.Length && (myStartIndex + myLength) <= safeString.Length)
{
string result = safeString.Substring(myStartIndex, myLength);
Console.WriteLine($”安全截取结果: {result}”); // 输出: 安全截取结果: af
}
else
{
Console.WriteLine(“截取参数无效。”);
}
“`

5. 性能考量与替代方案

虽然 Substring 在大多数情况下表现良好，但在处理极大量字符串操作或对性能有极致要求时，了解其潜在的性能特征和替代方案是很有价值的。

5.1 Substring 的内部机制 (历史与现在)

在 .NET Framework 的早期版本中，Substring 有时会被批评为效率低下，因为它在内部可能共享原始字符串的字符数组，但仍然创建了一个新的 string 对象。这可能导致一些内存问题（例如，一个小 Substring 引用了一个巨大的原始字符串，导致整个大字符串在内存中保留更长时间）。

然而，在现代 .NET (Core/.NET 5+) 中，Substring 已被优化，通常会复制字符到一个新的数组中。这意味着它每次都会分配新的内存。对于大多数应用来说，这种行为是可接受的，因为字符串操作通常不会成为性能瓶颈。

5.2 Span<char> 和 ReadOnlySpan<char> (高性能场景)

对于极致的性能敏感型应用，尤其是在循环中对大字符串进行大量截取操作时，每次调用 Substring 都会导致内存分配。Span<char> 和 ReadOnlySpan<char> 是 .NET Core 引入的类型，它们允许你表示字符串（或任何连续内存块）的一部分，而无需进行任何内存分配和数据复制。

示例 7：使用 ReadOnlySpan<char>

“`csharp
string largeString = “This is a very long string that we might want to slice and dice multiple times.”;

// 使用 Substring 会创建新的字符串对象
string subBySubstring = largeString.Substring(10, 5); // creates new string “very “

// 使用 ReadOnlySpan 不会创建新的字符串对象，只是一个引用
ReadOnlySpan span = largeString.AsSpan(); // 获取整个字符串的 span
ReadOnlySpan subBySpan = span.Slice(10, 5); // 获取子 span，没有内存分配

Console.WriteLine($”Substring结果: {subBySubstring}”); // 输出: Substring结果: very
Console.WriteLine($”Span结果: {subBySpan.ToString()}”); // 输出: Span结果: very
// 注意：如果需要将 ReadOnlySpan 转换为 string，仍然会发生内存分配 (.ToString())
// 但在许多场景下，可以直接使用 Span 进行后续处理，避免转换。

// 另一个例子：提取文件扩展名
string filePath = “/path/to/my/document.txt”;
int lastDot = filePath.LastIndexOf(‘.’);
if (lastDot != -1)
{
ReadOnlySpan fileNameSpan = filePath.AsSpan().Slice(lastDot + 1);
Console.WriteLine($”Span提取扩展名: {fileNameSpan.ToString()}”); // 输出: Span提取扩展名: txt
}
“`

何时使用 Span？

  • 当你需要对大型字符串进行频繁的、临时的子字符串操作时。
  • 当你希望最小化内存分配和垃圾回收压力时。
  • 但请注意，Span 不能在堆上存储，也不能作为字段存储在常规类中。它主要用于局部变量和方法参数，具有很强的栈分配语义。

5.3 Range 操作符 (C# 8.0+)

C# 8.0 引入了 Range (范围) 操作符 (..)，它提供了一种更简洁的语法来截取字符串。当你对字符串使用 Range 操作符时，它会隐式地调用 Substring。

示例 8：使用 Range 操作符

“`csharp
string sentence = “The quick brown fox jumps over the lazy dog.”;

// 从索引 4 开始到末尾
string part1 = sentence[4..]; // 相当于 sentence.Substring(4)
Console.WriteLine($”part1 (Range): {part1}”); // 输出: quick brown fox jumps over the lazy dog.

// 从开头到索引 7 (不包含索引 7)
string part2 = sentence[..7]; // 相当于 sentence.Substring(0, 7)
Console.WriteLine($”part2 (Range): {part2}”); // 输出: The qui

// 从索引 4 到索引 9 (不包含索引 9)
string part3 = sentence[4..9]; // 相当于 sentence.Substring(4, 5)
Console.WriteLine($”part3 (Range): {part3}”); // 输出: quick

// 使用 ^ 操作符从末尾计数
string lastWord = sentence[^4..^1]; // 从倒数第四个字符到倒数第二个字符 (不包含倒数第一个)
Console.WriteLine($”lastWord (Range): {lastWord}”); // 输出: dog
“`

Range 操作符提供了更具可读性的语法，但其底层仍然是 Substring，因此其性能特性与 Substring 相同。

5.4 其他相关方法

  • Remove(int startIndex) / Remove(int startIndex, int count): 从字符串中删除字符，返回新字符串。
  • Insert(int startIndex, string value): 在指定位置插入字符串，返回新字符串。
  • Replace(char oldChar, char newChar) / Replace(string oldValue, string newValue): 替换字符串中的字符或子字符串，返回新字符串。
  • Trim() / TrimStart() / TrimEnd(): 删除字符串开头/结尾的空白字符。

这些方法与 Substring 一起，构成了 C# 强大的字符串操作工具箱。

6. 最佳实践

  • 始终检查索引和长度: 在调用 Substring 之前，确保 startIndex 和 length 参数是有效的，以避免 ArgumentOutOfRangeException。
  • 结合 IndexOf 和 Length: 大多数实际场景下，你需要先定位子字符串的位置，再进行截取。
  • 考虑可读性: 对于简单的截取，Substring 是非常直观的。C# 8.0+ 的 Range 操作符可以进一步提升代码可读性。
  • 性能优化: 对于性能敏感的循环操作，考虑使用 ReadOnlySpan<char> 来避免不必要的内存分配。
  • 理解字符串不可变性: Substring 总是返回一个新的字符串对象。如果你需要进行大量修改，可以考虑使用 StringBuilder。

结语

Substring 是 C# 中一个基础且极其重要的字符串操作方法。通过理解其基本用法、如何结合其他字符串方法进行高级应用、以及如何处理潜在的运行时错误，你将能够自信地处理各种字符串截取需求。同时，了解 Span<char> 和 Range 操作符这些现代 C# 特性，能帮助你在需要时编写出更高效、更简洁的代码。掌握这些知识，你就能从容应对字符串操作的挑战。

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