前言

日常业务开发中离不开字符串的拼接操作，不同语言的字符串实现方式都不同，在Go语言中就提供了6种方式进行字符串拼接，那这几种拼接方式该如何选择呢？使用那个更高效呢？本文我们就一起来分析一下。

本文使用Go语言版本：1.17.2

string类型

我们首先来了解一下Go语言中string类型的结构定义，先看一下官方定义：

// string is the set of all strings of 8-bit bytes, conventionally but not
// necessarily representing UTF-8-encoded text. A string may be empty, but
// not nil. Values of string type are immutable.
type string string

string是一个8位字节的集合，通常但不一定代表UTF-8编码的文本。string可以为空，但是不能为nil。string的值是不能改变的。

string类型本质也是一个结构体，定义如下：

type stringStruct struct {
      str unsafe.Pointer
      len int
}

stringStruct和slice还是很相似的，str指针指向的是某个数组的首地址，len代表的就是数组长度。怎么和slice这么相似，底层指向的也是数组，是什么数组呢？我们看看他在实例化时调用的方法：

//go:nosplit
func gostringnocopy(str *byte) string {
    ss := stringStruct{str: unsafe.Pointer(str), len: findnull(str)}
    s := *(*string)(unsafe.Pointer(&ss))
    return s
}

入参是一个byte类型的指针，从这我们可以看出string类型底层是一个byte类型的数组。

string类型本质上就是一个byte类型的数组，在Go语言中string类型被设计为不可变的，不仅是在Go语言，其他语言中string类型也是被设计为不可变的，这样的好处就是：在并发场景下，我们可以在不加锁的控制下，多次使用同一字符串，在保证高效共享的情况下而不用担心安全问题。

string类型虽然是不能更改的，但是可以被替换，因为stringStruct中的str指针是可以改变的，只是指针指向的内容是不可以改变的，也就说每一个更改字符串，就需要重新分配一次内存，之前分配的空间会被gc回收。

关于string类型的知识点就描述这么多，方便我们后面分析字符串拼接。

字符串拼接的6种方式及原理

原生拼接方式"+"

Go语言原生支持使用+操作符直接对两个字符串进行拼接，使用例子如下：

var s string
s += "Hello"
s += "World"

这种方式使用起来最简单，基本所有语言都有提供这种方式，使用+操作符进行拼接时，会对字符串进行遍历，计算并开辟一个新的空间来存储原来的两个字符串。

字符串格式化函数fmt.Sprintf

Go语言中默认使用函数fmt.Sprintf进行字符串格式化，所以也可使用这种方式进行字符串拼接：

str := "Hello"
str = fmt.Sprintf("%s, World", str, str)

fmt.Sprintf实现原理主要是使用到了反射，具体源码分析因为篇幅的原因就不在这里详细分析了，看到反射，就会产生性能的损耗，你们懂的！！

strings.Builder

Go语言提供了一个专门操作字符串的库strings，使用strings.Builder可以进行字符串拼接，提供了writeString方法拼接字符串，使用方式如下：

var builder strings.Builder
builder.WriteString("Hello world")
fmt.Println(builder.String())

strings.builder的实现原理很简单，结构如下：

// A Builder is used to efficiently build a string using Write methods.
// It minimizes memory copying. The zero value is ready to use.
// Do not copy a non-zero Builder.
type Builder struct {
    addr *Builder // of receiver, to detect copies by value
    buf  []byte
}

addr字段主要是做copycheck，buf字段是一个byte类型的切片，这个就是用来存放字符串内容的，提供的writeString()方法就是像切片buf中追加数据：

// WriteString appends the contents of s to b's buffer.
// It returns the length of s and a nil error.
func (b *Builder) WriteString(s string) (int, error) {
    b.copyCheck()
    b.buf = append(b.buf, s...)
    return len(s), nil
}

提供的String方法就是将[]]byte转换为string类型，这里为了避免内存拷贝的问题，使用了强制转换来避免内存拷贝：

// String returns the accumulated string.
func (b *Builder) String() string {
    return *(*string)(unsafe.Pointer(&b.buf))
}

bytes.Buffer

因为string类型底层就是一个byte数组，所以我们就可以Go语言的bytes.Buffer进行字符串拼接。bytes.Buffer是一个一个缓冲byte类型的缓冲器，这个缓冲器里存放着都是byte。使用方式如下：

buf := new(bytes.Buffer)
buf.WriteString("Hello World")
fmt.Println(buf.String())

bytes.buffer底层也是一个[]byte切片，结构体如下：

// A Buffer is a variable-sized buffer of bytes with Read and Write methods.
// The zero value for Buffer is an empty buffer ready to use.
type Buffer struct {
buf      []byte // contents are the bytes buf[off : len(buf)]
off      int    // read at &buf[off], write at &buf[len(buf)]
lastRead readOp // last read operation, so that Unread* can work correctly.
}

因为bytes.Buffer可以持续向Buffer尾部写入数据，从Buffer头部读取数据，所以off字段用来记录读取位置，再利用切片的cap特性来知道写入位置，这个不是本次的重点，重点看一下WriteString方法是如何拼接字符串的：

// WriteString appends the contents of s to the buffer, growing the buffer as
// needed. The return value n is the length of s; err is always nil. If the
// buffer becomes too large, WriteString will panic with ErrTooLarge.
func (b *Buffer) WriteString(s string) (n int, err error) {
b.lastRead = opInvalid
m, ok := b.tryGrowByReslice(len(s))
if !ok {
    m = b.grow(len(s))
}
return copy(b.buf[m:], s), nil
}

切片在创建时并不会申请内存块，只有在往里写数据时才会申请，首次申请的大小即为写入数据的大小。如果写入的数据小于64字节，则按64字节申请。采用动态扩展slice的机制，字符串追加采用copy的方式将追加的部分拷贝到尾部，copy是内置的拷贝函数，可以减少内存分配。

但是在将[]byte转换为string类型依旧使用了标准类型，所以会发生内存分配：

// String returns the contents of the unread portion of the buffer
// as a string. If the Buffer is a nil pointer, it returns "<nil>".
//
// To build strings more efficiently, see the strings.Builder type.
func (b *Buffer) String() string {
if b == nil {
    // Special case, useful in debugging.
    return "<nil>"
}
return string(b.buf[b.off:])
}

strings.Join

strings.Join方法可以将一个string类型的切片拼接成一个字符串，可以定义连接操作符，使用如下：

slice := []string{"Hello", "World"}
fmt.Println(strings.Join(slice, ""))

strings.join也是基于strings.builder来实现的，代码如下：

// Join concatenates the elements of its first argument to create a single string. The separator
// string sep is placed between elements in the resulting string.
func Join(elems []string, sep string) string {
    switch len(elems) {
    case 0:
        return ""
    case 1:
        return elems[0]
    }
    n := len(sep) * (len(elems) - 1)
    for i := 0; i < len(elems); i++ {
        n += len(elems[i])
    }

    var b Builder
    b.Grow(n)
    b.WriteString(elems[0])
    for _, s := range elems[1:] {
        b.WriteString(sep)
        b.WriteString(s)
    }
    return b.String()
}

唯一不同在于在join方法内调用了b.Grow(n)方法，这个是进行初步的容量分配，而前面计算的n的长度就是我们要拼接的slice的长度，因为我们传入切片长度固定，所以提前进行容量分配可以减少内存分配，很高效。

切片append

因为string类型底层也是byte类型数组，所以我们可以重新声明一个切片，使用append进行字符串拼接，使用方式如下：

buf := make([]byte, 0)
base := "Hello world"
buf = append(buf, base...)
fmt.Println(string(buf))

如果想减少内存分配，在将[]byte转换为string类型时可以考虑使用强制转换。

Benchmark对比

上面我们总共提供了6种方法，原理我们基本知道了，那么我们就使用Go语言中的Benchmark来分析一下到底哪种字符串拼接方式更高效。我们主要分两种情况进行分析：

• 少量字符串拼接
• 大量字符串拼接

因为代码量有点多，下面只贴出分析结果，详细代码已经上传github

首先定义一个基础字符串：

const base = "1234567890qwertyuiopasdfghjklzxcvbnmQWERTYUIOPASDFGHJKLZXCVBNM"

少量字符串拼接的测试我们就采用拼接一次的方式验证，base拼接base，大量字符串拼接的测试我们先构建一个长度为200的字符串切片，然后遍历这个切片不断的进行拼接：

var baseSlice []string
for i := 0; i < 200; i++ {
    baseSlice = append(baseSlice, base)
}

可以得出benchmark：

goos: windows
goarch: amd64
pkg: string_join
cpu: Intel(R) Xeon(R) CPU E5-1650 v2 @ 3.50GHz
BenchmarkSingleSumString-12              7962480               156.7 ns/op
BenchmarkSingleSprintfString-12          3251448               437.8 ns/op
BenchmarkSingleBuilderString-12         10495051               125.7 ns/op
BenchmarkSingleBytesBuffString-12        5781111               215.5 ns/op
BenchmarkSingleJoinstring-12            14462552                81.15 ns/op
BenchmarkSingleByteSliceString-12        7319353               170.6 ns/op
BenchmarkSumString-12                       3871            310673 ns/op
BenchmarkSprintfString-12                   3243            359549 ns/op
BenchmarkBuilderString-12                 139580              8050 ns/op
BenchmarkBytesBufferString-12             104380             11302 ns/op
BenchmarkJoinstring-12                    279152              4417 ns/op
BenchmarkByteSliceString-12                67436             18174 ns/op
PASS
ok      string_join     16.712s

结论

通过两次benchmark对比，我们可以看到：

• 当进行少量字符串拼接时，直接使用+操作符进行拼接字符串，效率还是挺高的，但是当要拼接的字符串数量上来时，+操作符的性能就比较低了；
• 函数fmt.Sprintf还是不适合进行字符串拼接，无论拼接字符串数量多少，性能损耗都很大，还是老老实实做他的字符串格式化就好了；
• strings.Builder无论是少量字符串的拼接还是大量的字符串拼接，性能一直都能稳定，这也是为什么Go语言官方推荐使用strings.builder进行字符串拼接的原因，在使用strings.builder时最好使用Grow方法进行初步的容量分配，观察strings.join方法的benchmark就可以发现，因为使用了grow方法，提前分配好内存，在字符串拼接的过程中，不需要进行字符串的拷贝，也不需要分配新的内存，这样使用strings.builder性能最好，且内存消耗最小；
• bytes.Buffer方法性能是低于strings.builder的，bytes.Buffer 转化为字符串时重新申请了一块空间，存放生成的字符串变量，不像strings.buidler这样直接将底层的 []byte 转换成了字符串类型返回，这就占用了更多的空间。

同步最后分析的结论：

无论什么情况下使用strings.builder进行字符串拼接都是最高效的，不过要主要使用方法，记得调用grow进行容量分配，才会高效。strings.join的性能约等于strings.builder，在已经字符串slice的时候可以使用，未知时不建议使用，构造切片也是有性能损耗的；如果进行少量的字符串拼接时，直接使用+操作符是最方便也是性能最高的，可以放弃strings.builder的使用。

综合对比性能排序：

strings.Join≈strings.Builder>bytes.Buffer>[]byte转换string>"+">fmt.Sprintf

总结

本文我们针对6种字符串的拼接方式进行介绍，并通过benckmark对比了效率，无论什么时候使用strings.builder都不会错，但是在少量字符串拼接时，直接+也就是更优的方式，具体业务场景具体分析，不要一概而论。

文中代码已上传github