C#语法糖系列 —— 第四篇：聊聊 Span 的底层玩法

Posted 2022-05-06 dotNET跨平台

把 Span 归于语法糖，可能有些偏了，但偏了就偏了，哈哈，只要是分享就好，C# 发展至今，已经是一门非常重的语言了，所有想要的它都要，即可以：

1. 面向过程编程

2. 面向对象编程

3. 面向函数式编程

4. 面向异步编程

5. 面向泛型编程

既能做到 高开发效率 ，又能做到 高性能编程。

这里的 Span 就归结于 高性能编程 这个范畴了。

一：Span 是什么

当年的 C# 一个亮点就是屏蔽了指针，自动内存托管，可以让程序员更加专注于业务，现如今策略变了，C# 要变得更加高性能，既然要做高性能那必然少不了指针，而指针又是面向 托管层 编程的程序员最怕的东西，所以就尽可能的封装，弄一套属于自己的托管指针玩法。

Span 即属于托管指针玩法 的一个典型代表，如果你用 ILSpy 去看它的 struct 结构,本质上就两个成员，一个叫 _pointer，一个叫 _length，参考如下代码：

public readonly ref struct Span<T>
    
        internal readonly ByReference<T> _pointer;

        private readonly int _length;
    

pointer 是 指定起点， length 是 控制边界，如果用 C 来模拟，大概就是这个样子。

struct Span 
    void* ptr;
 int length;
;

画个图大概就是这样子。

二：Span 的场景在哪里

有了指针，就可以对 内存 进行原地操作，只要能 原地操作 ，那就可以破掉 语言层面 上的诸多限制，实现接近 C/C++ 级的高性能，有些朋友可能要问了，语言层面有什么限制？比如最典型的 string ，大家都知道 string 是一个 writeoncopy 特性的字符串，只要你动它一下，它就会繁殖，接下来我们就拿 string 举个例子。

1. string 中的数字求 sum

在很久以前你可能会这么做。

static void Main(string[] args)
        
            var s = "97 3";

            var arr = s.Split(new string[]  " " , StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries);

            var sum = Convert.ToInt32(arr[0]) + Convert.ToInt32(arr[1]);

            Console.WriteLine(sum);
        

从代码可以看出，对 string 进行 Split 会导致生成多个小 string 对象，那有没有办法不用生成小string呢？这就需要用到托管版的 Span 做原地处理了。

static void Main(string[] args)
        
            var s = "97 3";

            var position = s.IndexOf(' ');

            ReadOnlySpan<char> span = s.AsSpan();

            var num1 = int.Parse(span.Slice(0, position));

            var num2 = int.Parse(span.Slice(position));

            Console.WriteLine(num1 + num2);
        

Span 的这种做法就是通过 _pointer 指针在内存地址上进行移动来完成，如果看不明白，我可以用 C 来模拟一下。

#include <iostream>

struct Span 
 int length;
 void* ptr;
;

void sum(Span* span);

int main()

 Span span;
 span.ptr = (char*)"97 3";
 span.length = strlen((char*)span.ptr);

 sum(&span);


void sum(Span* span) 

 int sum = 0;

 char* position = strchr((char*)span->ptr, ' ');

 Span span1;
 span1.ptr = span->ptr;
 span1.length = (position - span->ptr) / sizeof(char);

 Span span2;
 span2.ptr = position;
 span2.length = span->length - span1.length - 1;

 int num1= atoi((char*)span1.ptr);
 int num2= atoi((char*)span2.ptr);

 sum = num1 + num2;

 printf("sum=%d", sum);

虽然代码有点多，但逻辑还是很清楚的。

如果大家明白 Span 所封装的底层指针玩法，我想这其实没什么难的，本篇就说到这里吧，希望对你有帮助。