數組（ArrayPool數組池、Span 結構）

前言

　　如果需要使用相同的類型的多個對象，就可以使用集合和數組，這一節主要講解數組，其中會重點涉及到Span<T>結構和ArrayPool數組池。我們也會先涉及到簡單的數組、多維數組、鋸齒數組、Array類。

簡單的數組、多維數組、鋸齒數組

　　簡單的數組介紹

　　數組的聲明：

Int [] myArray;

　　初始化：

myArray=new int[4];

　　還可以：

Int [] myArray=new int []{1,2,3,4};

　　訪問數組：

myArray[0];

 

　　多維數組介紹

　　一般的數組（也稱一維數組）是用一個數字來索引，多維數組用兩個或兩個以上的數字進行索引。

　　聲明多維數組時中間以，隔開，我們下面聲明一個二維數組。

 int  [,]  twodim=new  int [3,3] int[,] twodim = { { 1,2,3}, { 4,5,6}, { 7,8,9} };

 

　　一個三維數組。

int[,,] threedim = { { { 1,2},{ 3,4} }, {{ 5,6},{ 7,8} }, { { 9,10},{ 11,12} } }; Console.WriteLine(threedim[0,1,1]);

 

　　鋸齒數組

　　二維數組圖形：

 

　　鋸齒數組

 

　　在聲明鋸齒數組的時候要依次放置左右括號。在初始化鋸齒數組時，只對第一對方括號中設置該數組包含的行數，定義各行中元素個數的第二個方括號設為空，因為這類數組的每一行包含不同的元素個數。

　　 int[][] jagged = new int[3][]; jagged[0] = new int[2] { 1, 2 }; jagged[1] = new int[4] { 3, 4, 5, 6 }; jagged[2] = new int[3] { 7, 8, 9 };

 

Array類

　　創建數組：

Array intArray1 = Array.CreateInstance(typeof(int), 5); for (int i = 0; i < intArray1.Length; i++) { intArray1.SetValue(33, i); 　　}

　　上面這段代碼，描述了Array數組的創建以及設置值。CreateInstance()方法第一個參數為元素的類型，第二個參數為定義數組的大小。SetValue()方法設置值第一個參數為設置IDE值，第二個參數為設置的索引。

　　復制數組：

int[] intArray1 = { 1,2}; int[] intArray2 = (int[])intArray1.Clone();

　　因為數組是引用類型的，所以將一個數組的變量賦予另一個數組變量，就會得到兩個引用同一個數組的變量，這是使用的是Clone()方法創建數組的淺表副本。使用Copy()方法也可以創建淺表副本，Clone()方法會創建一個數組，而Copy()方法必須傳遞階數相同且有足夠元素的已有數組。

　　排序：

class Program { static void Main(string[] args) { int[] list = { 34, 72, 13, 44, 25, 30, 10 }; Console.Write("原始數組： "); foreach (int i in list) { Console.Write(i + " "); } Console.WriteLine(); // 逆轉數組
 Array.Reverse(list); Console.Write("逆轉數組： "); foreach (int i in list) { Console.Write(i + " "); } Console.WriteLine(); // 排序數組
 Array.Sort(list); Console.Write("排序數組： "); foreach (int i in list) { Console.Write(i + " "); } Console.WriteLine(); } }

 

　　輸出：

原始數組： 34 72 13 44 25 30 10 逆轉數組： 10 30 25 44 13 72 34 排序數組： 10 13 25 30 34 44 72

　　在上述方法中Array.Sort()方法實現了數組的排序，而Array.Reverse()實現了數組的逆轉 。

ArrayPool數組池

　　接下來重點來了，本文的重點一，ArrayPool數組池。如果一個應用需要創建和銷毀許多的數組，垃圾收集器就要花費很多的功夫來做這些工作，為了較少垃圾收集器的工作，這里我們可以使用ArrayPool類來使用數組池。ArrayPool管理一個數組池，數組可以再這里租借內存，並且返回到這里。需要引用using System.Buffers;

　　創建數組池：

ArrayPool<int> arrayPool = ArrayPool<int>.Create(maxArrayLength:40000, maxArraysPerBucket: 10);

　　maxArrayLength的默認值是1024*10224字節（數組的長度），maxArraysPerBucket默認值是50（數組的數量）。

　　這里還可以使用以下方法來使用預定義的共享池。

ArrayPool<int> sharePool = ArrayPool<int>.Shared;

　　下面我們就一起看看如何去使用這個數組池吧：

 

class Program { static void Main(string[] args) { //定義數組池
            ArrayPool<int> arrayPool = ArrayPool<int>.Create(maxArrayLength: 10000, maxArraysPerBucket: 10); //定義使用數組的長度
            int arrayLenght = 5; int[] array = arrayPool.Rent(arrayLenght); //輸出數組的長度
            Console.WriteLine($"定義數組長度：{arrayLenght}，實際數組長度：{array.Length}"); //對數組進行賦值
            array[0] = 0; array[1] = 1; array[2] = 2; array[3] = 3; array[4] = 4; //輸出數組的值
            foreach (var item in array) { Console.WriteLine(item); } //將內存返回給數組池，clearArray設置True清除數組，下次調用時為空，設置False，保留數組，下次調用還是現在的值
            arrayPool.Return(array, clearArray: true); foreach (var item in array) { Console.WriteLine(item); } } }

 

　　在上面事例中，我們使用Rent()方法請求池中的內存，Rent方法返回一個數組，其中至少包含所請求的元素個數。返回的數組可能會用到更多的內存，池中最少的請求為16個元素，緊接着是32,64,128以此類推。所以在上述例子中我們請求的長度為5，但是實際使用的元素個數為16個，多余的將根據類型對其賦值0或者null。

　　我們使用Return()方法將數組返回到池中，這里使用了一個可選參數clearArray，指定是否清除該數組，不清除的話下一個從池中租用這個數組的人可以讀取到其中的數據。清除數據可以避免這種情況，但是會消耗更多的CPU時間。

Span<T>

　　Span<T>介紹

　　為了快速訪問托管或非托管的連續內存，可以使用Spam<T>結構。一個可以使用Span<T>結構的例子就是數組，Span<T>結構在后台保存在連續的內存中，另一個例子就是長字符串。

　　使用Span<T>結構，可以直接訪問數組元素。數組的元素沒有復制，但是它們可以直接調用，並且比復制還快。

class Program { static void Main(string[] args) { int[] arr1 = { 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 18, 19 }; var span1 = new Span<int>(arr1); span1[1] = 11; Console.WriteLine(arr1[1]); } }

　　輸出：

 

 

　　這里將創建的arr1數組傳遞給Span<T>,同時Span<T>類型提供了一個索引器，這里直接修改span1的第二個值，然后再輸出arr1數組中的第二個值，也是被其修改過得值。

　　Span<T>切片

　　Span<T>它一個強大的特性是，可以使用它訪問數組的部分或者切片，使用切片的時候不會復制數組元素，他們是從Span中直接訪問的。下面代碼介紹了創建切片的兩種方法：

class Program { static void Main(string[] args) { //定義簡單的數組
            int[] arr2 = { 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 18, 19, 20, 30, 40, 50, 60 }; //Span<T>對數組進行切片，訪問arr2數組，從第三個開始，取長度6個的一個數組。
            var span3 = new Span<int>(arr2, start: 3, length: 6); //輸出切片中的值
            foreach (var item in span3) { Console.WriteLine(item); } Console.WriteLine(""); Console.WriteLine(""); Console.WriteLine(""); //對span3進行切片處理，從第二個開始，去長度4個的一個數組
            var span4 = span3.Slice(start: 2, length: 4); foreach (var item in span4) { Console.WriteLine(item); } } }

 

　　輸出：

 

 

　　使用Span<T>改變值

　　前面介紹了如何使用Span<T>的索引器，更改數組的元素，下面介紹的將會有更多的選項，關於修改元素的值及復制。

class Program { static void Main(string[] args) { //定義簡單的數組
            int[] arr = { 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 18, 19, 20, 30, 40, 50, 60 }; //將數組傳遞給span
            var span = new Span<int>(arr); var span2 = new Span<int>(arr); //對span進行切片處理，從第四個開始
            var span3 = span.Slice(start: 4 ); //調用clear方法，用0填充span3
 span3.Clear(); foreach (var item in span3) { Console.WriteLine("span3的值："+item); } Console.WriteLine("span3的長度："+span3.Length); //創建新的切片span4，從span2開始，長度3
            Span<int> span4 = span2.Slice(start: 3, length: 3); //調用Fill方法，用傳入的值填充span4
            span4.Fill(42); foreach (var item in span4) { Console.WriteLine("span4的值"+item); } Console.WriteLine("span4的長度"+span4.Length); //將span4復制給span，復制失敗
 span4.CopyTo(span); //將span復制給span3 復制失敗
            if (!span.TryCopyTo(span3)) { Console.WriteLine("復制不了"); } } }

 

　　輸出：

 

 

　　上面事例中，顯示調用clear()方法，該方法用0填充Span，然后調用了Fill()方法，該方法用傳遞給Fill方法的值來填充Span，同時也可以將一個Span<T>復制給另一個Span<T>,這里先是采用的CopyTo,在這個方法中，如果另一個目標span不夠大，就會復制失敗，這里可以使用TryCopyTo來優化此功能，如果目標不夠大，將會返回false。以此來判斷是否復制成功。上面例子中span4長度為3，而span長度為14，這里是復制成功了，然后其下面的操作，因為span3的長度是10，span復制給span3失敗了。因為span3不夠大。

　　上面事例中提供了改變值的一些方法，當我們不需要對值進行改變，只需要對數組進行讀訪問的時候，我們可以使用ReadOnlySpan<T>。這里定義了只讀的Span

 ReadOnlySpan<int> readonlySpan = new ReadOnlySpan<int>(arr);

 

總結

　　在本篇文章中，重點介紹了ArrayPool數組池和Span<T>結構，通過使用數組池，來降低數組創建和銷毀時消耗的性能，減少垃圾回收器的工作，使用Span<T>可以快速的訪問托管及非托管代碼，創建切片來對數組和長字符串進行一定的操作。更加高效的操作數組。

 

　　青少年是一個美好而又是一去不可再得的時期，是將來一切光明和幸福的開端。——加里寧

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