【C# IO 操作】Span<T>类

Span 原理探究

ref结构

ref struct是仅在堆栈上的值类型：

表现一个顺序结构的布局；（译注：可以理解为连续内存）
只能在堆栈上使用。即用作方法参数和局部变量；
不能是类或正常结构的静态或实例成员；
不能是异步方法或lambda表达式的方法参数；
不能动态绑定、装箱、拆箱、包装或转换。

ref struct也被称为嵌入式引用。

1. Span 源码分析

灵活运用 Span 解决工作中的实际问题我相信大家应该没什么毛病了，有了这个基础再从 Span 的源码和用户态和大家一起深度剖析，从源码开始吧。



    public readonly ref struct Span<T>

    {

        internal readonly ByReference<T> _pointer;

        private readonly int _length;

    }

上面代码的 ref struct 可以看出，这个 Span 是只可以分配在栈上的值类型，然后就是里面的 _pointer 和 _length 两个实例字段，不知道看完这两个字段脑子里是不是有一幅图，大概是这样的。

可以清晰的看出，Span 就是用来映射一段可以连续访问的内存地址，空间大小由 length 控制，开始位置由 _pointer 指定，是不是像极了指针，是的，语言团队要保证你的程序高性能，还得照护你的人身安全，出了各种手段，真是煞费苦心！

二、Span<T>常规用法

    static void Main()

    {

      var nums = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6,8,9,7,10,11,12,13,14,15,16 };

        //用数组来实例化span

      var span = new Span<int>(nums);

      var Slice1 = span.Slice(1, 4);//2 3 4 5

      var Slice2= span.Slice(10);// 11,12,13,14,15,16

      var Slice3=  Slice1.ToArray();//转化成数组

      var Slice4 = new Span<int>(new int[Slice1.Length]);//新建一个span,长度不能小于slice1 要不会报错

        Slice1.CopyTo(sp);

        foreach (var item in Slice2)

        {

            Console.WriteLine($"{item}");

        }

    }

三：Span 在 String 和 List 的实践

Span的应用场景真的是太多了，不可能在这篇一一列举，这里我就举两个例子吧，让大家能够感受到 Span 的强大即可。

1. 在 String 上的应用

案例：如何高效的计算出用户输入的值 10+20 ?

1) 传统 Substring 做法

传统的做法很简单,截取呗，代码如下：



        static void Main(string[] args)

        {

            var word = "10+20";

            var splitIndex = word.IndexOf("+");

            var num1 = int.Parse(word.Substring(0, splitIndex));

            var num2 = int.Parse(word.Substring(splitIndex + 1));

            var sum = num1 + num2;

            Console.WriteLine($"{num1}+{num2}={sum}");

            Console.ReadLine();

        }

结果是很轻松的算出来了，但你仔细想想这里是不是有点什么问题，比如说为了从 word 中扣出 num，我用了两次 SubString，就意味着会在托管堆上生成两个 string，如果说我执行 1w 次话，那托管堆上会不会有 2w 个 string 呢？修改代码如下：



            for (int i = 0; i < 10000; i++)

            {

                var num1 = int.Parse(word.Substring(0, splitIndex));

                var num2 = int.Parse(word.Substring(splitIndex + 1));

                var sum = num1 + num2;

            }

然后看一下托管堆上 String 的个数



0:000> !dumpheap -type String -stat

Statistics:

              MT    Count    TotalSize Class Name

00007ffc53a81e18    20167       556538 System.String

托管堆上有 20167 个，挺恐怖的，真的是给 GC 添麻烦哈，这里还有 167 个是系统自带的，接下来的问题是有没有办法替换 SubString 从而不生成临时string呢？

2) 新式 Span 做法

如果看懂了 Span 结构图，你就应该会使用 _pointer + length 将 string 进行切片处理，对不对，代码如下：



            for (int i = 0; i < 10000; i++)

            {

                var num1 = int.Parse(word.AsSpan(0, splitIndex));

                var num2 = int.Parse(word.AsSpan(splitIndex));

                var sum = num1 + num2;

            }

然后在托管堆验证一下，是不是没有临时 string 了？



0:000> !dumpheap -type String -stat

Statistics:

              MT    Count    TotalSize Class Name

00007ffc53a51e18      167        36538 System.String

可以看到就只有 167 个系统字符串，性能也得到了不小的提升，。

2. 在 List 上的应用

平时用 Span 的时候，更多的会应用到 Array 上面，毕竟 Array 在托管堆上是连续内存，方便 Span 在上面画一个可视窗口，其实不仅仅是 Array，从 .NET5 开始在 List 上画一个视图也是可以的，截图如下：

因为 List 的 CURD 会导致底层的 Array 忽长忽短或重新分配，也就无法实现物理上的连续内存，所以 Span 应用到 List 之后，希望List是不可变的，这也是官方的建议。

四：总结

总的来说，Span 在 .NET 底层框架中的地位是越来越显著了，相信 netCore 追求更高更快的性能上 Span 一定大有可为，大家赶紧学起来，

原文链接：https://www.cnblogs.com/huangxincheng/p/13974476.html