数组(ArrayPool数组池、Span<T>结构)
前言
如果需要使用相同的类型的多个对象,就可以使用集合和数组,这一节主要讲解数组,其中会重点涉及到Span<T>结构和ArrayPool数组池。我们也会先涉及到简单的数组、多维数组、锯齿数组、Array类。
简单的数组、多维数组、锯齿数组
简单的数组介绍
数组的声明:
Int [] myArray;
初始化:
myArray=new int[];
还可以:
Int [] myArray=new int []{,,,};
访问数组:
myArray[];
多维数组介绍
一般的数组(也称一维数组)是用一个数字来索引,多维数组用两个或两个以上的数字进行索引。
声明多维数组时中间以,隔开,我们下面声明一个二维数组。
int [,] twodim=new int [,]
int[,] twodim = {
{ ,,},
{ ,,},
{ ,,}
};
一个三维数组。
int[,,] threedim = {
{ { ,},{ ,} },
{{ ,},{ ,} },
{ { ,},{ ,} }
};
Console.WriteLine(threedim[,,]);
锯齿数组
二维数组图形:
锯齿数组
在声明锯齿数组的时候要依次放置左右括号。在初始化锯齿数组时,只对第一对方括号中设置该数组包含的行数,定义各行中元素个数的第二个方括号设为空,因为这类数组的每一行包含不同的元素个数。
int[][] jagged = new int[][];
jagged[] = new int[] { , };
jagged[] = new int[] { , , , };
jagged[] = new int[] { , , };
Array类
创建数组:
Array intArray1 = Array.CreateInstance(typeof(int), );
for (int i = ; i < intArray1.Length; i++)
{
intArray1.SetValue(, i);
}
上面这段代码,描述了Array数组的创建以及设置值。CreateInstance()方法第一个参数为元素的类型,第二个参数为定义数组的大小。SetValue()方法设置值第一个参数为设置IDE值,第二个参数为设置的索引。
复制数组:
int[] intArray1 = { ,};
int[] intArray2 = (int[])intArray1.Clone();
因为数组是引用类型的,所以将一个数组的变量赋予另一个数组变量,就会得到两个引用同一个数组的变量,这是使用的是Clone()方法创建数组的浅表副本。使用Copy()方法也可以创建浅表副本,Clone()方法会创建一个数组,而Copy()方法必须传递阶数相同且有足够元素的已有数组。
排序:
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
int[] list = { , , , , , , }; Console.Write("原始数组: ");
foreach (int i in list)
{
Console.Write(i + " ");
}
Console.WriteLine(); // 逆转数组
Array.Reverse(list);
Console.Write("逆转数组: ");
foreach (int i in list)
{
Console.Write(i + " ");
}
Console.WriteLine(); // 排序数组
Array.Sort(list);
Console.Write("排序数组: ");
foreach (int i in list)
{
Console.Write(i + " ");
}
Console.WriteLine();
} }
输出:
原始数组: 逆转数组: 排序数组:
在上述方法中Array.Sort()方法实现了数组的排序,而Array.Reverse()实现了数组的逆转 。
ArrayPool数组池
接下来重点来了,本文的重点一,ArrayPool数组池。如果一个应用需要创建和销毁许多的数组,垃圾收集器就要花费很多的功夫来做这些工作,为了较少垃圾收集器的工作,这里我们可以使用ArrayPool类来使用数组池。ArrayPool管理一个数组池,数组可以再这里租借内存,并且返回到这里。需要引用using System.Buffers;
创建数组池:
ArrayPool<int> arrayPool = ArrayPool<int>.Create(maxArrayLength:, maxArraysPerBucket: );
maxArrayLength的默认值是1024*10224字节(数组的长度),maxArraysPerBucket默认值是50(数组的数量)。
这里还可以使用以下方法来使用预定义的共享池。
ArrayPool<int> sharePool = ArrayPool<int>.Shared;
下面我们就一起看看如何去使用这个数组池吧:
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
//定义数组池
ArrayPool<int> arrayPool = ArrayPool<int>.Create(maxArrayLength: , maxArraysPerBucket: ); //定义使用数组的长度
int arrayLenght = ;
int[] array = arrayPool.Rent(arrayLenght); //输出数组的长度
Console.WriteLine($"定义数组长度:{arrayLenght},实际数组长度:{array.Length}"); //对数组进行赋值
array[] = ;
array[] = ;
array[] = ;
array[] = ;
array[] = ; //输出数组的值
foreach (var item in array)
{
Console.WriteLine(item);
} //将内存返回给数组池,clearArray设置True清除数组,下次调用时为空,设置False,保留数组,下次调用还是现在的值
arrayPool.Return(array, clearArray: true);
foreach (var item in array)
{
Console.WriteLine(item);
} }
}
在上面事例中,我们使用Rent()方法请求池中的内存,Rent方法返回一个数组,其中至少包含所请求的元素个数。返回的数组可能会用到更多的内存,池中最少的请求为16个元素,紧接着是32,64,128以此类推。所以在上述例子中我们请求的长度为5,但是实际使用的元素个数为16个,多余的将根据类型对其赋值0或者null。
我们使用Return()方法将数组返回到池中,这里使用了一个可选参数clearArray,指定是否清除该数组,不清除的话下一个从池中租用这个数组的人可以读取到其中的数据。清除数据可以避免这种情况,但是会消耗更多的CPU时间。
Span<T>
Span<T>介绍
为了快速访问托管或非托管的连续内存,可以使用Spam<T>结构。一个可以使用Span<T>结构的例子就是数组,Span<T>结构在后台保存在连续的内存中,另一个例子就是长字符串。
使用Span<T>结构,可以直接访问数组元素。数组的元素没有复制,但是它们可以直接调用,并且比复制还快。
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
int[] arr1 = { , , , , , , , , };
var span1 = new Span<int>(arr1);
span1[] = ;
Console.WriteLine(arr1[]);
}
}
输出:
这里将创建的arr1数组传递给Span<T>,同时Span<T>类型提供了一个索引器,这里直接修改span1的第二个值,然后再输出arr1数组中的第二个值,也是被其修改过得值。
Span<T>切片
Span<T>它一个强大的特性是,可以使用它访问数组的部分或者切片,使用切片的时候不会复制数组元素,他们是从Span中直接访问的。下面代码介绍了创建切片的两种方法:
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
//定义简单的数组
int[] arr2 = { , , , , , , , , , , , , , }; //Span<T>对数组进行切片,访问arr2数组,从第三个开始,取长度6个的一个数组。
var span3 = new Span<int>(arr2, start: , length: ); //输出切片中的值
foreach (var item in span3)
{
Console.WriteLine(item);
}
Console.WriteLine("");
Console.WriteLine("");
Console.WriteLine(""); //对span3进行切片处理,从第二个开始,去长度4个的一个数组
var span4 = span3.Slice(start: , length: ); foreach (var item in span4)
{
Console.WriteLine(item);
}
}
}
输出:
使用Span<T>改变值
前面介绍了如何使用Span<T>的索引器,更改数组的元素,下面介绍的将会有更多的选项,关于修改元素的值及复制。
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
//定义简单的数组
int[] arr = { , , , , , , , , , , , , , }; //将数组传递给span
var span = new Span<int>(arr);
var span2 = new Span<int>(arr); //对span进行切片处理,从第四个开始
var span3 = span.Slice(start: ); //调用clear方法,用0填充span3
span3.Clear();
foreach (var item in span3)
{
Console.WriteLine("span3的值:"+item);
}
Console.WriteLine("span3的长度:"+span3.Length); //创建新的切片span4,从span2开始,长度3
Span<int> span4 = span2.Slice(start: , length: ); //调用Fill方法,用传入的值填充span4
span4.Fill(); foreach (var item in span4)
{
Console.WriteLine("span4的值"+item);
}
Console.WriteLine("span4的长度"+span4.Length); //将span4复制给span,复制失败
span4.CopyTo(span); //将span复制给span3 复制失败
if (!span.TryCopyTo(span3))
{
Console.WriteLine("复制不了");
}
}
}
输出:
上面事例中,显示调用clear()方法,该方法用0填充Span,然后调用了Fill()方法,该方法用传递给Fill方法的值来填充Span,同时也可以将一个Span<T>复制给另一个Span<T>,这里先是采用的CopyTo,在这个方法中,如果另一个目标span不够大,就会复制失败,这里可以使用TryCopyTo来优化此功能,如果目标不够大,将会返回false。以此来判断是否复制成功。上面例子中span4长度为3,而span长度为14,这里是复制成功了,然后其下面的操作,因为span3的长度是10,span复制给span3失败了。因为span3不够大。
上面事例中提供了改变值的一些方法,当我们不需要对值进行改变,只需要对数组进行读访问的时候,我们可以使用ReadOnlySpan<T>。这里定义了只读的Span
ReadOnlySpan<int> readonlySpan = new ReadOnlySpan<int>(arr);
总结
在本篇文章中,重点介绍了ArrayPool数组池和Span<T>结构,通过使用数组池,来降低数组创建和销毁时消耗的性能,减少垃圾回收器的工作,使用Span<T>可以快速的访问托管及非托管代码,创建切片来对数组和长字符串进行一定的操作。更加高效的操作数组。
青少年是一个美好而又是一去不可再得的时期,是将来一切光明和幸福的开端。——加里宁
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