关于 Span 的一切：探索新的 .NET 明星: 2. Span<T> 是如何实现的？

2. Span<T> 是如何实现的？

https://docs.microsoft.com/en-us/archive/msdn-magazine/2018/january/csharp-all-about-span-exploring-a-new-net-mainstay#how-is-spant-implemented

内容列表：

• 1. Span<T> 是什么？
• 2. Span<T> 是如何实现的？
• 3. 什么是 Memory<T>，以及为什么你需要它？
• 4. Span 和 Memory 是如何与 .NET 库集成的？
• 5. NET 运行时
• 6. C# 语言和编译器受到什么影响？

通常开发人员并不需要理解其使用的库是如何实现的。不过，对于 Span<T> 来说，它值得至少理解它后面的细节，因为这些细节影响到它的性能和使用方式的约束。

首先，Span<T> 是包含一个 ref 和长度的值类型，参考定义如下：

public readonly ref struct Span<T>
{
  private readonly ref T _pointer;
  private readonly int _length;
  ...
}

该 ref T 字段的概念在一开始可能奇怪 - 但是，在 C# 中并不能实际定义 ref T 字段，甚至在 MSIL 中。但是 Span<T> 实际上被开发用来使用运行时的特定内部类型，可以被看作 JIT，使用 JIT 生成等价的 ref T 字段。考虑更为常见的 ref 用法:

public static void AddOne(ref int value) => value += 1;
...
var values = new int[] { 42, 84, 126 };
AddOne(ref values[2]);
Assert.Equal(127, values[2]);

这段代码通过引用传递数组中的一个位置，这样你得到一个在堆栈上的 ref T。该 Span<T> 与 ref T 是相同的思想，简单地在 struct 中封装。直接包含此类 ref 或者间接包含的类型被称为仿 ref 类型，C# 7.2 编译器使用 ref struct 签名来定义此类仿 ref 类型。

通过该总结，明确了两件事：

1. 通过这种方式定义的 Span，可以与数组一样高效：对 Span 的索引不需要从指针和其开始位置开始计算，因为 ref 字段已经封装了它们。( 相反，ArraySegment 有独立的 offset 字段，使得它在索引访问和分发时都变得更为昂贵 )
2. Span 的本质是仿 ref 类型，带来了与 ref T 字段一样的约束。

第二个问题带来了有趣的分支，这些分支导致 .NET 包含由 Memory<T> 引导的第二中类型。