一、前言

其實(shí)說到ref，很多同學(xué)對(duì)它已經(jīng)有所了解，ref是C# 7.0的一個(gè)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(jī)制。
Span也是建立在ref語法基礎(chǔ)上的一個(gè)復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，在文章的后半部分，我會(huì)有一個(gè)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(jí)語法總是什么帶來一些副作用，但是我不認(rèn)為這有什么，而且不是每一個(gè)C#開發(fā)者都要對(duì)這些內(nèi)部運(yùn)行的機(jī)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(gè)自由的選擇，風(fēng)險(xiǎn)和靈活性永遠(yuǎn)是不能兼容的。

來看幾個(gè)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(gè)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 = 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(gè)例子中為本地 i 變量的引用 x, 當(dāng)改變x的值時(shí)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(gè)強(qiáng)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(xiàng)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(xiàng)目的引用，改變引用值時(shí)，數(shù)組也會(huì)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(dú)立的，將來可能會(huì)集成到CoreFx中；

如何使用呢？在.Net Core 2.0 SDK創(chuàng)建的項(xiàng)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(duì)象方式?；旧显?NET體系下操作指針都不認(rèn)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(duì)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(shí)。

Span表示為一個(gè)已知長(zhǎng)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(shí)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(diǎn)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(duì)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(huì)用一個(gè)直觀的例子來說明Span的使用場(chǎng)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(gè)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(jìn)行截?cái)?，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(gè)例子呢，這是一個(gè)典型的substring的使用場(chǎng)景，每次操作string都會(huì)生成新的string對(duì)象,當(dāng)然不光是Substring,在進(jìn)行int.Parse時(shí)重復(fù)操作string對(duì)象，如果大量操作就會(huì)給GC造成壓力。

使用Span實(shí)現(xiàn)這個(gè)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(shí)現(xiàn)，這也是Span的典型使用場(chǎng)景，官方給的場(chǎng)景也是如些，Span適用于多次復(fù)用操作連續(xù)內(nèi)存的場(chǎng)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(shí)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(huì)對(duì)很多API使用Span進(jìn)行重構(gòu)和實(shí)現(xiàn)。可見.Net Core的性能日后會(huì)越來越強(qiáng)大。

以上所述是小編給大家介紹的.Net Core中使用ref和Span<T>提高程序性能的方法，希望對(duì)大家有所幫助，如果大家有任何疑問歡迎給我留言，小編會(huì)及時(shí)回復(fù)大家的！

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