透视C# Span＜T＞数据结构

至此我们来看一个简单的用法， 利用span操作指向一段堆栈空间。

static void Main() { Span arraySpan = stackalloc byte[100]; // 包含指针和Length的只读指针, 类似于go里面的切片 byte data = 0; for (int ctr = 0; ctr < arraySpan.Length; ctr++) arraySpan[ctr] = data++; arraySpan.Fill(1); var arraySum = Sum(arraySpan); Console.WriteLine($"The sum is {arraySum}"); // 输出100 arraySpan.Clear(); var slice = arraySpan.Slice(0,50); // 因为是只读属性， 内部New Span<>(), 产生新的切片 arraySum = Sum(slice); Console.WriteLine($"The sum is {arraySum}"); // 输出0 } [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)] static int Sum(Span array) { int arraySum = 0; foreach (var value in array) arraySum += value; return arraySum; }

• 此处Span  指向了特定的堆栈空间， Fill,Clear 等操作的效果直接体现到该段内存。• 注意Slice切片方法，内部实质是产生新的Span，是一个新的视图，对新span的操作会体现到原始底层数据结构。

[MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)] public Span Slice(int start) { if ((uint)start > (uint)_length) ThrowHelper.ThrowArgumentOutOfRangeException(); return new Span(ref Unsafe.Add(ref _reference.Value, (nint)(uint)start /* force zero-extension */), _length - start); }

从Slice切片源码可以看到，实质是利用原ptr & length 产生包含新的ptr & length的操作视图， ptr其实是指针的移动，也就是定位新的数据块， 但是终归是在原始数据块内部。

衍生技能点

我们再细看Span的定义， 有几个关键词建议大家温故而知新。

1. readonly strcut[2]

从C#7.2开始，你可以将readonly作用在struct上，指示该struct不可改变。

span 被定义为readonly struct，内部属性自然也是readonly，从上面的分析和实例看我们可以针对Span表征的特定连续内存空间做内容更新操作； 如果想限制更新该连续内存空间的内容， C#提供了​​​ReadOnlySpan​​类型， 该类型强调该块内存只读，也就是不存在Span 拥有的Fill，Clear等方法。

一线码农大佬写了文章讲述[​​使用span对字符串求和​​]的姿势，大家都说使用span能高效操作内存，我们对该用例BenchmarkDotNet压测。

using System;using System.Collections.Generic;using System.Linq;using System.Text;using System.Threading.Tasks;using System.Buffers;using System.Runtime.CompilerServices;using BenchmarkDotNet.Attributes;using BenchmarkDotNet.Running;namespace ConsoleApp3{ public class Program { static void Main() { var summary = BenchmarkRunner.Run(); } } [MemoryDiagnoser,RankColumn] public class MemoryBenchmarkerDemo { int NumberOfItems = 100000; // 对字符串切割， 会产生字符串小对象 [Benchmark] public void StringSplit() { for (int i = 0; i < NumberOfItems; i++) { var s = "97 3"; var arr = s.Split(new string[] { " " }, StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries); var num1 = int.Parse(arr[0]); var num2 = int.Parse(arr[1]); _ = num1 + num2; } } // 对底层字符串切片 [Benchmark] public void StringSlice() { for (int i = 0; i < NumberOfItems; i++) { var s = "97 3"; var position = s.IndexOf(' '); ReadOnlySpan span = s.AsSpan(); var num1 = int.Parse(span.Slice(0, position)); var num2 = int.Parse(span.Slice(position)); _= num1+ num2; } } }}

压测解读：

对字符串运行时切分，不会利用驻留池，于是case1会分配大量小对象；对gc造成压力。

case2对底层字符串切片，虽然会产生不同的透视对象Span， 但是实际引用了的原始内存块的偏移区间， 不存在分配新内存。

2. ref struct[3]

从C#7.2开始，ref可以作用在struct，指示该类型被分配在堆栈上，并且不能转义到托管堆。

Span,ReadonlySpan 包装了对于任意连续内存快的透视操作，但是只能被存储堆栈上，不适用于一些场景，例如异步调用，.NET Core 2.1为此新增了Memory[4] , ReadOnlyMemory， 可以被存储在托管堆上,这个暂时按下不表。

最后用一张图总结， 本文成文，感谢[ yi念之间 ]大佬参与讨论。

引用链接

​​[1]​​ Span: ​​strcut: ​​struct: ​​https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/builtin-types/struct​​​​​[4]​​ Memory: ​​https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/standard/memory-and-spans/memory-t-usage-guidelines ​​

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