摘要

Span<T> 是 C# 中引入的一个结构类型，用于提供对连续内存区域的类型安全访问。这个特性最初在 .NET Core 2.1 中引入，旨在优化性能，尤其是在处理数组、字符串和其他类型的缓冲区时。Span<T> 可以看作是一个窗口，它允许开发者在不复制数据的情况下操作内存。

正文

Span 的特点

类型安全：Span<T> 是泛型的，确保只能访问指定类型的数据。
内存效率：它允许在不创建新数组或字符串副本的情况下操作数据，减少了内存分配和垃圾回收的压力。
栈分配：Span<T> 是一个栈上的结构，它不会导致堆分配。
切片操作：可以轻松地从现有的 Span<T> 创建新的 Span<T>，而不会发生数据复制。
安全性：Span<T> 不能跨越异步方法的边界，因为它可能指向非托管的内存，这样可以避免潜在的数据竞争和同步问题。

应用场景

解析数据：在解析文件或网络数据流时，可以使用 Span<T> 来避免不必要的内存复制。
性能关键型应用：对于需要高性能内存操作的应用程序，如游戏、高频交易系统等。
内存管理：在需要精细控制内存分配和回收的场景中，Span<T> 提供了更大的灵活性。
缓冲区操作：对于需要在缓冲区上执行复杂操作的场景，Span<T> 提供了简单的API。

示例 1：基本用法

static void Main(string[] args)
{
    ProcessBytes(System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes("0123456789"));
}
static void ProcessBytes(byte[] data)
{
    // 假设我们只想处理前10个字节
    Span<byte> dataSpan = new Span<byte>(data, 0, 10);

    for (int i = 0; i < dataSpan.Length; i++)
    {
        // 对每个字节执行操作
        dataSpan[i] = (byte)(dataSpan[i] + 1);
    }

    Console.WriteLine(System.Text.Encoding.UTF8.GetString(dataSpan));
}

示例 2：字符串切片

static void Main(string[] args)
{
    SliceString("0123456789abcdefg");
}
static void SliceString(string str)
{
    ReadOnlySpan<char> span = str.AsSpan();
    ReadOnlySpan<char> slice = span.Slice(start: 5, length: 10);

    Console.WriteLine(slice.ToString());
}

示例 3：内存复制

static void Main(string[] args)
{
    byte[] data = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
    byte[] data1 = new byte[10];
    CopyMemory(data, data1);
}
static void CopyMemory(byte[] source, byte[] destination)
{
    Span<byte> sourceSpan = source.AsSpan();
    Span<byte> destinationSpan = destination.AsSpan();

    // 假设 destination 数组足够大
    sourceSpan.CopyTo(destinationSpan);
}

示例 4：与 Memory<T> 结合使用

static void Main(string[] args)
{
    byte[] data = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
    ProcessLargeData(data);
    foreach (var item in data)
    {
        Console.WriteLine(item.ToString());
    }
}
static void ProcessLargeData(Memory<byte> memory)
{
    // 使用 Memory<T> 的 .Span 属性来获取 Span<T>
    Span<byte> span = memory.Span;

    // 现在可以安全地在同步方法中操作内存
    for (int i = 0; i < span.Length; i++)
    {
        // 对内存执行操作
        span[i] = (byte)(span[i] + 1);
    }
}

Span<T> 的引入显著提高了 C# 程序处理内存数据的能力，尤其对于需要高性能且内存敏感的应用程序而言，它提供了前所未有的控制和优化能力。通过上述示例，我们可以看到 Span<T> 在实际编程中是如何为我们提供更优雅和高效的数据操作方式。

四时宝库

程序员的知识宝库

286.C# 中的 Span 深入解析（c# spi）

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