C#中字符串可以使用可变大小的内存，为什么数字不能？
在C中，字符串之所以能够表现出“可变大小”的内存使用方式，而我们常说的数字类型（比如 `int`, `double` 等）则表现为固定大小，这背后是两者在内存中的根本存储机制和设计哲学上的差异。
首先，我们得明确“可变大小”和“固定大小”在C中的具体含义。
C 中的字符串：
C 中的 `string` 类型，实际上是对 不可变字符序列 的引用。这一点非常关键。当你看到一个 `string` 变量时，它存储的并不是字符本身，而是一个指向内存中一块实际字符数据的 引用（地址）。
不可变性： 字符串的“不可变性”意味着一旦一个字符串对象被创建，它的内容就不能被修改。任何对字符串的操作，比如拼接 (`+`)、替换 (`Replace`)、截取 (`Substring`) 等，都不会改变原有的字符串对象。相反，这些操作会创建一个 新的 字符串对象，并让变量指向这个新对象。
举个例子：`string s1 = "Hello"; string s2 = s1 + " World";`
这里，`s1` 最初指向一块内存，存储着 "Hello"。
当执行 `s1 + " World"` 时，.NET CLR (Common Language Runtime) 会在内存中分配一块新的空间，将 "Hello" 和 " World" 组合成 "Hello World"，然后让 `s2` 指向这块新的内存。`s1` 仍然指向原先的 "Hello"（除非垃圾回收器稍后将其回收）。
内存分配的动态性： 正是因为这种“创建新对象”的行为，使得字符串的内存使用看起来是“可变的”。当你处理的内容变长了，就需要分配更大的内存块来存储新的字符串。字符串的长度是不确定的，可能是一个空字符串，也可能包含非常多的字符，所以在内存分配时，系统需要根据实际需要来动态地申请空间。
Unicode 编码： C 中的字符串默认使用 UTF16 编码。这意味着一个字符可能占用两个字节（一个 `char` 类型），但也可能因为涉及到增补字符（例如一些生僻字、表情符号）而需要两个 `char` 单元（即四个字节）来表示。这种编码的灵活性也间接影响了存储的实际字节数，虽然 `char` 是固定的，但一个“可见字符”所占用的内存大小并非总是恒定的。
C 中的数字类型（值类型）：
像 `int`, `long`, `float`, `double`, `decimal`, `bool`, `char` 等，在C中被归类为 值类型。它们的内存使用方式与字符串有着本质的区别：
固定大小的内存布局： 每个值类型都有一个 预定义且固定的内存占用大小。
`int` 占用 4 个字节。
`double` 占用 8 个字节。
`char` 占用 2 个字节。
`bool` 占用 1 个字节（尽管底层可能分配更多，但逻辑上代表一个布尔值）。
直接存储值： 值类型变量 直接存储它们的值，而不是对值的引用。当你在栈上声明一个 `int x = 10;` 时，`x` 这个变量名就直接关联到一块 4 字节的内存区域，这块区域里存储的就是数字 `10`。
栈内存分配： 通常情况下，值类型变量在方法内部声明时，会分配在 栈（Stack） 上。栈内存的分配和释放非常高效，但其大小是 静态的，即在编译时或方法进入时就确定了。一旦变量的作用域结束，其占用的栈内存就会被自动释放。
无法动态改变大小： 因为它们占用的是固定大小的内存，你不能让一个 `int` 变量突然变成占用 8 个字节来存储一个更大的整数，或者让一个 `double` 变量突然只占用 4 个字节。它们的类型决定了它们的内存大小，这个大小是不可改变的。
为什么会有这种设计差异？
这种设计差异主要是出于以下几个原因：
1. 字符串的本质： 字符串本质上是对一系列字符的抽象表示。这些字符序列的长度是完全动态的，从空到无数，系统需要一种机制来灵活地处理这种长度不确定的数据。早期的编程语言就已经形成了处理字符串的模式，即内存可以根据需要动态分配。
2. 性能和效率：
值类型（数字）： 对于数学运算和逻辑判断，固定大小的值类型提供了极高的性能。CPU可以直接在寄存器中对这些固定大小的数据进行操作，无需额外的间接寻址或长度检查。栈内存的快速分配和释放也带来了效率上的优势。
字符串： 虽然字符串的操作（如拼接）会创建新对象，看似效率不高，但不可变性带来了很多好处，比如线程安全性（多个线程可以安全地共享同一个字符串，因为它们无法修改它）以及更易于理解的代码行为。而且，现代的垃圾回收器和内存管理器已经非常高效，可以很好地处理动态内存分配。
3. 语义上的区分： 编程语言的设计者们希望清楚地区分“数据本身”和“对数据的引用”。字符串往往被看作是一种更复杂、更动态的数据结构，而数字则更接近于原始的、固定单位的数据。
总结来说：
C 中的字符串之所以能够表现出“可变大小”的内存使用，是因为它们是 对不可变字符序列的引用，并且其内容（长度）是动态的，每次操作（如拼接）都可能导致 新的、更大内存空间 的分配。而数字类型（值类型）则 直接存储固定大小的值，并通常分配在 栈上，其内存占用大小是 在编译时或运行时固定的，因此它们不能像字符串那样“改变”内存大小。
这就像你有一个固定大小的盒子（数字类型），里面只能放一个指定大小的东西。而字符串就像是你有一个可以随时加长或缩短的记录本，每当你写更多内容时，你就需要买一个更大的本子来容纳。
首先，我们得明确“可变大小”和“固定大小”在C中的具体含义。
C 中的字符串：
C 中的 `string` 类型，实际上是对 不可变字符序列 的引用。这一点非常关键。当你看到一个 `string` 变量时，它存储的并不是字符本身，而是一个指向内存中一块实际字符数据的 引用（地址）。
不可变性： 字符串的“不可变性”意味着一旦一个字符串对象被创建，它的内容就不能被修改。任何对字符串的操作，比如拼接 (`+`)、替换 (`Replace`)、截取 (`Substring`) 等，都不会改变原有的字符串对象。相反，这些操作会创建一个 新的 字符串对象，并让变量指向这个新对象。
举个例子：`string s1 = "Hello"; string s2 = s1 + " World";`
这里，`s1` 最初指向一块内存，存储着 "Hello"。
当执行 `s1 + " World"` 时，.NET CLR (Common Language Runtime) 会在内存中分配一块新的空间，将 "Hello" 和 " World" 组合成 "Hello World"，然后让 `s2` 指向这块新的内存。`s1` 仍然指向原先的 "Hello"（除非垃圾回收器稍后将其回收）。
内存分配的动态性： 正是因为这种“创建新对象”的行为，使得字符串的内存使用看起来是“可变的”。当你处理的内容变长了，就需要分配更大的内存块来存储新的字符串。字符串的长度是不确定的，可能是一个空字符串，也可能包含非常多的字符，所以在内存分配时，系统需要根据实际需要来动态地申请空间。
Unicode 编码： C 中的字符串默认使用 UTF16 编码。这意味着一个字符可能占用两个字节（一个 `char` 类型），但也可能因为涉及到增补字符（例如一些生僻字、表情符号）而需要两个 `char` 单元（即四个字节）来表示。这种编码的灵活性也间接影响了存储的实际字节数，虽然 `char` 是固定的，但一个“可见字符”所占用的内存大小并非总是恒定的。
C 中的数字类型（值类型）：
像 `int`, `long`, `float`, `double`, `decimal`, `bool`, `char` 等，在C中被归类为 值类型。它们的内存使用方式与字符串有着本质的区别：
固定大小的内存布局： 每个值类型都有一个 预定义且固定的内存占用大小。
`int` 占用 4 个字节。
`double` 占用 8 个字节。
`char` 占用 2 个字节。
`bool` 占用 1 个字节（尽管底层可能分配更多，但逻辑上代表一个布尔值）。
直接存储值： 值类型变量 直接存储它们的值，而不是对值的引用。当你在栈上声明一个 `int x = 10;` 时，`x` 这个变量名就直接关联到一块 4 字节的内存区域，这块区域里存储的就是数字 `10`。
栈内存分配： 通常情况下，值类型变量在方法内部声明时，会分配在 栈（Stack） 上。栈内存的分配和释放非常高效，但其大小是 静态的，即在编译时或方法进入时就确定了。一旦变量的作用域结束，其占用的栈内存就会被自动释放。
无法动态改变大小： 因为它们占用的是固定大小的内存，你不能让一个 `int` 变量突然变成占用 8 个字节来存储一个更大的整数，或者让一个 `double` 变量突然只占用 4 个字节。它们的类型决定了它们的内存大小，这个大小是不可改变的。
为什么会有这种设计差异？
这种设计差异主要是出于以下几个原因：
1. 字符串的本质： 字符串本质上是对一系列字符的抽象表示。这些字符序列的长度是完全动态的，从空到无数，系统需要一种机制来灵活地处理这种长度不确定的数据。早期的编程语言就已经形成了处理字符串的模式，即内存可以根据需要动态分配。
2. 性能和效率：
值类型（数字）： 对于数学运算和逻辑判断，固定大小的值类型提供了极高的性能。CPU可以直接在寄存器中对这些固定大小的数据进行操作，无需额外的间接寻址或长度检查。栈内存的快速分配和释放也带来了效率上的优势。
字符串： 虽然字符串的操作（如拼接）会创建新对象，看似效率不高，但不可变性带来了很多好处，比如线程安全性（多个线程可以安全地共享同一个字符串，因为它们无法修改它）以及更易于理解的代码行为。而且，现代的垃圾回收器和内存管理器已经非常高效，可以很好地处理动态内存分配。
3. 语义上的区分： 编程语言的设计者们希望清楚地区分“数据本身”和“对数据的引用”。字符串往往被看作是一种更复杂、更动态的数据结构，而数字则更接近于原始的、固定单位的数据。
总结来说：
C 中的字符串之所以能够表现出“可变大小”的内存使用，是因为它们是 对不可变字符序列的引用，并且其内容（长度）是动态的，每次操作（如拼接）都可能导致 新的、更大内存空间 的分配。而数字类型（值类型）则 直接存储固定大小的值，并通常分配在 栈上，其内存占用大小是 在编译时或运行时固定的，因此它们不能像字符串那样“改变”内存大小。
这就像你有一个固定大小的盒子（数字类型），里面只能放一个指定大小的东西。而字符串就像是你有一个可以随时加长或缩短的记录本，每当你写更多内容时，你就需要买一个更大的本子来容纳。
网友意见
没看懂字符串可以使用可变大小的内存是什么意思？
是指字符串实例大小有大有小么？
这是因为字符串是不需要运算的啊，字符串只有一个串联的运算，而这个运算在频繁使用的时候性能太差以至于需要StringBuilder的帮忙。
另外这本书的解释也非常匪夷所思，数值分不同类型是为了避免浪费内存？！
哦买噶，内存虽然紧张却不是我们不能把所有的整形都定义成long的根本原因吧。
根本原因是long和int的运算空间大小不同啊！long是64位的，就算32位的加法运算和64位的加法运算所用的CPU的周期是一样的，但是一个64位的数会占据更多的CPU缓存区和寄存器。从而直接影响性能，另外32位的CPU应该没有64位的运算指令吧，这样一个64位的运算要转换成很多个32位的指令来运算，性能更是直线下降啊。
就程序里面能出现的那些需要运算的整型值，能占多少内存啊。
还有，其实也有可变长度的整型，在.NET Framework 4提供了官方的实现，System.Numerics.BigInteger。
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