一、前言
其實說到ref，很多同學對它已經有所了解，ref是C# 7.0的一個語言特性，它為開發人員提供了返回本地變量引用和值引用的機制。
Span
二、ref關鍵字
不論是ref還是out關鍵，都是一種比較難以理解和操作的語言特性，如C語言中操作指針一樣，這樣的高級語法總是什么帶來一些副作用，但是我不認為這有什么，而且不是每一個C#開發者都要對這些內部運行的機制有着深刻的理解，我覺得不論什么復雜的東西只是為人們提供了一個自由的選擇，風險和靈活性永遠是不能兼容的。
來看幾個例子來說明引用與指針的相同性，當然下面的使用方式早在C# 7.0之前就可以使用了：
public static void IncrementByRef(ref int x)
{
x++;
}
public unsafe static void IncrementByPointer(int* x)
{
(*x)++;
}
上面兩個函數分別是使用ref和非安全指針來完成參數+1。
int i = 30;
IncrementByRef(ref i);
// i = 31
unsafe{
IncrementByPointer(&i);
}
// i = 32
下面是C# 7.0提供的特性：
1.ref locals (引用本地變量)
int i = 42;
ref var x = ref i;
x = x + 1;
// i = 43
這個例子中為本地 i 變量的引用 x, 當改變x的值時i變量的值也改變了。
2.ref returns (返回值引用)
ref returns是C# 7中一個強大的特性，下面代碼是最能體現其特性的，該函數提供了，返回int數組中某一項的引用：
public static ref int GetArrayRef(int[] items, int index) => ref items[index];
通過下標取得數組中的項目的引用，改變引用值時，數組也會隨之改變。
三、Span
System.Span
如何使用呢？在.Net Core 2.0 SDK創建的項目下引用如下NuGet包：
<ItemGroup>
<PackageReference Include="System.Memory" Version="4.4.0-preview1-25305-02" />
<PackageReference Include="System.Runtime.CompilerServices.Unsafe" Version="4.4.0-preview1-25305-02" />
</ItemGroup>
在上面我們看到了使用ref關鍵字可以提供的類似指針(T*)的操作單一值對象方式。基本上在.NET體系下操作指針都不認為是一件好的事件，當然.NET為我們提供了安全操作單值引用的ref。但是單值只是用戶使用“指針”的一小部分需求；對於指針來說，更常見的情況是操作一系列連續的內存空間中的“元素”時。
Span
Span
- 抽象了所有連續內存空間的類型系統，包括：數組、非托管指針、堆棧指針、fixed或pinned過的托管數據，以及值內部區域的引用
- 支持CLR標准對象類型和值類型
- 支持泛型
- 支持GC,而不像指針需要自己來管理釋放
下面來看下Span
public struct Span<T> {
ref T _reference;
int _length;
public ref T this[int index] { get {...} }
...
}
public struct ReadOnlySpan<T> {
ref T _reference;
int _length;
public T this[int index] { get {...} }
...
}
接下來我會用一個直觀的例子來說明Span
如有一個字符串string content = "content-length:123",要轉換將123轉換為整型，通常的做法是先Substring將與數字字符無關的字符串進行截斷，轉換代碼如下：
string content = "content-length:123";
Stopwatch watch1 = new Stopwatch();
watch1.Start();
for (int j = 0; j < 100000; j++)
{
int.Parse(content.Substring(15));
}
watch1.Stop();
Console.WriteLine("\tTime Elapsed:\t" + watch1.ElapsedMilliseconds.ToString("N0") + "ms");
為什么使用這個例子呢，這是一個典型的substring的使用場景，每次操作string都會生成新的string對象,當然不光是Substring,在進行int.Parse時重復操作string對象，如果大量操作就會給GC造成壓力。
使用Span實現這個算法：
string content = "content-length:123";
ReadOnlySpan<char> span = content.ToCharArray();
span.Slice(15).ParseToInt();
watch.Start();
for (int j = 0; j < 100000; j++)
{
int icb = span.Slice(15).ParseToInt();
}
watch.Stop();
Console.WriteLine("\tTime Elapsed:\t" + watch.ElapsedMilliseconds.ToString("N0") + "ms");
這里將string轉換為int的算法利用ReadonlySpan實現，這也是Span
轉換代碼如下：
public static class ReadonlySpanxtension
{
public static int ParseToInt(this ReadOnlySpan<char> rspan)
{
Int16 sign = 1;
int num = 0;
UInt16 index = 0;
if (rspan[0].Equals('-')){
sign = -1; index = 1;
}
for (int idx = index; idx < rspan.Length; idx++){
char c = rspan[idx];
num = (c - '0') + num * 10;
}
return num * sign;
}
}
四、最后
上述兩段代碼100000次調用的時間如下：
String Substring Convert:
Time Elapsed: 18ms
ReadOnlySpan Convert:
Time Elapsed: 4ms
目前Span
相關Demo會上傳到QQ群中。
GitHub：https://github.com/maxzhang1985/YOYOFx 如果覺還可以請Star下， 歡迎一起交流。
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