一、前言

其實說到ref，很多同學(xué)對它已經(jīng)有所了解，ref是C# 7.0的一個語言特性，它為開發(fā)人員提供了返回本地變量引用和值引用的機制。
Span 也是建立在ref語法基礎(chǔ)上的一個復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，在文章的后半部分，我會有一個例子說明如何使用它。

二、ref關(guān)鍵字

不論是ref還是out關(guān)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(fā)者都要對這些內(nèi)部運行的機制有著深刻的理解，我覺得不論什么復(fù)雜的東西只是為人們提供了一個自由的選擇，風(fēng)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(dāng)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(shù)分別是使用ref和非安全指針來完成參數(shù)+1。

int i = 30; IncrementByRef(ref i);// i = 31unsafe{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(dāng)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(xiàn)其特性的，該函數(shù)提供了，返回int數(shù)組中某一項的引用：

public static ref int GetArrayRef(int[] items, int index) => ref items[index];

通過下標(biāo)取得數(shù)組中的項目的引用，改變引用值時，數(shù)組也會隨之改變。

三、Span

System.Span 是.Net Core核心的一部分，在 System.Memory.dll?程序集下。目前該特性是獨立的，將來可能會集成到CoreFx中；

如何使用呢？在.Net Core 2.0 SDK創(chuàng)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(guān)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(dāng)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；對于指針來說，更常見的情況是操作一系列連續(xù)的內(nèi)存空間中的“元素”時。

Span 表示為一個已知長度和類型的連續(xù)內(nèi)存塊。許多方面講它非常類似T[]或ArraySegment ，它提供安全的訪問內(nèi)存區(qū)域指針的能力。其實我理解它更將是.NET中操作(void*)指針的抽象,熟悉C/C++開發(fā)者應(yīng)該更明白這意味著什么。

Span 的特點如下：

• 抽象了所有連續(xù)內(nèi)存空間的類型系統(tǒng)，包括：數(shù)組、非托管指針、堆棧指針、fixed或pinned過的托管數(shù)據(jù)，以及值內(nèi)部區(qū)域的引用

• 支持CLR標(biāo)準(zhǔn)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 的定義，它與ref有著語法和語義上的聯(lián)系：

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 的使用場景；我們以字符截取和字符轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換為整型）為例：

如有一個字符串string content = "content-length:123",要轉(zhuǎn)換將123轉(zhuǎn)換為整型，通常的做法是先Substring將與數(shù)字字符無關(guān)的字符串進行截斷，轉(zhuǎn)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(dāng)然不光是Substring,在進行int.Parse時重復(fù)操作string對象，如果大量操作就會給GC造成壓力。

使用Span實現(xiàn)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(zhuǎn)換為int的算法利用ReadonlySpan實現(xiàn)，這也是Span 的典型使用場景，官方給的場景也是如些，Span 適用于多次復(fù)用操作連續(xù)內(nèi)存的場景。

轉(zhuǎn)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(diào)用的時間如下：

String Substring Convert: ? ? ? ?Time Elapsed: ? 18ms ReadOnlySpan Convert: ? ? ? ?Time Elapsed: ? 4ms

目前Span 的相關(guān)支持還夠，它只是最基礎(chǔ)架構(gòu)，之后CoreFx會對很多API使用Span 進行重構(gòu)和實現(xiàn)。可見.Net Core的性能日后會越來越強大。

原文地址：http://www.cnblogs.com/maxzhang1985/p/6875622.html

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的.Net Core中使用ref和Spanamp;lt;Tamp;gt;提高程序性能的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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