C#の文字列比較（==演算子、参照比較、文字列プール）

はじめに

C#の文字列において、主に比較操作について調べたことをまとめます。

==演算子のオーバーロード

C#では、文字列比較において==演算子を使うと、参照比較ではなく値比較をします。

Program.cs

// C#の文字列比較
string str1 = new string("hoge");
string str2 = new string("hoge");
Debug.WriteLine(str1.Equals(str2)); // true
Debug.WriteLine(str1 == str2);      // true ←値を比較するのでtrue

これは、Javaと比較した場合、特徴的な違いの一つです。

Sample.java

// Javaの文字列比較
class Sample {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = new String("hoge");
        String str2 = new String("hoge");
        System.out.println(str1.equals(str2)); // true
        System.out.println(str1 == str2);      // false ←参照を比較するのでfalse
    }
}

メモリ上の動きは、どちらのプログラムも同様ですが、先述の通り比較対象が異なります。

	Equals() / equals()	==
C#	値比較	値比較
Java	値比較	参照比較

仕組み

❓なぜこのような動きをするのか
⇒C#のStringクラスでは、==演算子で値比較を行うよう、処理をオーバーロードしているためです。

前提として、他の参照型のオブジェクト（配列やobject型など）に対しては、==演算子を使用すると参照比較を行います。
これは、==演算子がオーバーロードされていない場合のデフォルトの動作です。

一方でStringクラスは、operator ==をオーバーロードすることで明示的に振る舞いを変えています。

↑実際に、Visual Studioから==演算子の定義を見てみると、オーバーロードされた処理が確認できます。
（他の参照型オブジェクトにおける==演算子では、このような実装はされていない）

↑さらに潜っていくと、Stringクラスの内部的な値比較ロジック（EqualsHelperメソッド）を呼び出していることが分かります。

実はこのロジックは、str1.Equals(str2)で使用しているEqualsメソッドからも呼び出されています。

このことから、Stringクラスでは、Equalsメソッドと==演算子、どちらも同じように値比較をしていることが分かります。

Equals() vs ==演算子

では何が違うかというと、==演算子の場合、nullを比較できるという特徴があります。

Program.cs

string str1 = null;
string str2 = new string("hoge");
Debug.WriteLine(str1.Equals(str2)); // NullReferenceException
Debug.WriteLine(str1 == str2);      // false

↑==演算子は静的メソッドとして実装されているため、左辺がnullでもNullReferenceExceptionが発生しません。

Program.cs

string str1 = null;
string str2 = null;
Debug.WriteLine(str1 == str2); // true

↑また、null同士の比較でtrueを得ることができます。

Equalsメソッドでも、以下のように使用すればnullセーフな比較が可能です。

Program.cs

str1?.Equals(str2) // null条件演算子を使用
string.Equals(str1, str2) // 静的メソッド版を使用

参照比較（object.ReferenceEquals()）

では、C#で参照比較を行いたい時はどうするかというと、Objectクラスに実装されているReferenceEqualsメソッドを使用します。

Program.cs

string str1 = new string("hoge");
string str2 = new string("hoge");
Debug.WriteLine(object.ReferenceEquals(str1, str2)); // false

ちなみに、このReferenceEqualsメソッドは、先ほど見たEqualsメソッドや==演算子から、値比較ロジックより前に呼び出されていることが確認できます。

これは、「参照が等しければ、値が必ず等しくなる」が成り立つからだと考えられます。

文字列プール（インターンプール）

最後に、C#は文字列プールの機能を実装しています。

これは、プログラム内で同じ値の文字列リテラルが複数回使用された時に、同一オブジェクトを参照する仕組みです。（メモリ使用量の節約）

Program.cs

string str1 = "hoge";
string str2 = "hoge";
Debug.WriteLine(object.ReferenceEquals(str1, str2)); // true

この機能はJavaにも実装されています。

Sample.java

class Sample {
    public static void main(String[] args) {
        String str1 = "hoge";
        String str2 = "hoge";
        System.out.println(str1 == str2); // true
    }
}

メモリ上の動きとしては、ヒープエリアに内包されたインターンプールで文字列のオブジェクトを管理し、文字列リテラルが現れるとまずはインターンプールをチェックする、といった動きをするようです。

動作環境

• Windows 11
• C# 12.0
• .NET 8.0
• Visual Studio 2022
• Java 21