以提高 C# 代碼中 Collections 和 Arrays 的性能和內(nèi)存使用率（您還記得 String 是一個字符數(shù)組，加載方式略有不同，但無論如何）。我終于設(shè)法找到了一些時間來更深入地研究 System.Span。
我整理了本指南來分享我所學到的知識。它充滿了實用的技巧和示例，可幫助您在自己的項目中利用 Span。如果您想優(yōu)化 C# 代碼，本指南是一個很好的起點！
那么，您想讓 C# 代碼運行得更快并更有效地使用內(nèi)存嗎？認識 Spans：一款方便的工具，可簡化內(nèi)存塊的處理并幫助您的應(yīng)用程序獲得更好的性能。讓我們深入了解 Span 的工作原理，探索實際示例，了解它們的區(qū)別，并了解如何將它們用于 JSON 解析，以及將集合與 Span 相互轉(zhuǎn)換。
什么是 Span？
在 C# 中，是表示內(nèi)存的連續(xù)區(qū)域的結(jié)構(gòu)。它們允許您處理數(shù)據(jù)切片，而不會產(chǎn)生額外內(nèi)存分配的開銷。Span<T>ReadOnlySpan<T>
Span 對于性能關(guān)鍵型方案特別有用，因為它們支持直接訪問數(shù)據(jù)和高效使用內(nèi)存。
為什么應(yīng)該關(guān)心 Span？
更快的性能：Span 有助于減少內(nèi)存分配和垃圾回收壓力。它們允許您直接有效地處理數(shù)據(jù)。
更安全的代碼：Span 可防止緩沖區(qū)溢出等常見錯誤，并提供邊界檢查。
多功能性：它們適用于其他內(nèi)存區(qū)域的數(shù)組、字符串和切片，使其適用于各種數(shù)據(jù)處理場景。
Span 是如何實現(xiàn)的
在后臺，Span 被設(shè)計為輕量級和快速：
堆棧分配：跨度通常在堆棧上分配，這樣速度更快并避免堆分配。
內(nèi)存安全：它們確保對內(nèi)存的安全訪問，并內(nèi)置邊界檢查以防止越界錯誤。
無堆開銷：與數(shù)組不同，Span 不會創(chuàng)建額外的堆分配，從而減少內(nèi)存開銷并提高性能。
和 之間的差異Span<T>ReadOnlySpan<T>
雖然兩者 和 處理連續(xù)內(nèi)存，但它們的用法和功能不同：Span<T>ReadOnlySpan<T>
Span<T>:
int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };
Span<int> span = new Span<int>(numbers);
span[0] = 10; // Modifies the original array
Console.WriteLine(numbers[0]); // Outputs 10
ReadOnlySpan<T>:
string text = "Hello, World!";
ReadOnlySpan<char> readOnlySpan = text.AsSpan();
// readOnlySpan[0] = 'h'; // This line would cause a compilation error
Console.WriteLine(readOnlySpan.ToString()); // Outputs "Hello, World!"
集合到 Span 的轉(zhuǎn)換
Span 旨在與數(shù)組等集合無縫協(xié)作，從而可以輕松地在集合和 Span 之間進行轉(zhuǎn)換。
從array到 Span：
int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };
Span<int> spanFromArray = new Span<int>(numbers);
從 span 到 array：
Span<int> span = stackalloc int[] { 1, 2, 3, 4, 5 };
int[] arrayFromSpan = span.ToArray();
從 String 到 ReadOnlySpan：
string text = "Hello, World!";
ReadOnlySpan<char> spanFromString = text.AsSpan();
從 ReadOnlySpan 到 String：
ReadOnlySpan<char> span = "Hello, World!".AsSpan();
string strFromSpan = span.ToString(); // Note: Converts to a new string
集合轉(zhuǎn)換的實際示例
示例：使用數(shù)組和 Span
int[] array = { 1, 2, 3, 4, 5 };
Span<int> span = array;
span[0] = 10; // Modifies the original array
Console.WriteLine(string.Join(", ", array)); // Outputs: 10, 2, 3, 4, 5
示例：將 Span 轉(zhuǎn)換為數(shù)組
Span<int> span = stackalloc int[] { 10, 20, 30 };
int[] array = span.ToArray();
Console.WriteLine(string.Join(", ", array)); // Outputs: 10, 20, 30
示例：使用 ReadOnlySpan 提取子字符串
string text = "Hello, World!";
ReadOnlySpan<char> span = text.AsSpan();
ReadOnlySpan<char> helloSpan = span.Slice(0, 5);
Console.WriteLine(helloSpan.ToString()); // Outputs: Hello
實際示例：使用 Span 編寫自己的 JSON 解析器
Span 對于有效處理字符串數(shù)據(jù)特別有用。所以現(xiàn)在讓我們嘗試編寫我們自己的 JSON 解析器，它可以在不創(chuàng)建不必要的中間字符串的情況下工作。
簡單的 JSON 解析器
public void ParseJson(ReadOnlySpan<char> jsonData)
{
// Find the start of the value for a specific key
ReadOnlySpan<char> key = "name";
int keyStart = jsonData.IndexOf(key);
if (keyStart == -1)
{
Console.WriteLine("Key not found");
return;
}
// Move past the key and find the colon
int valueStart = jsonData.Slice(keyStart + key.Length).IndexOf(':') + keyStart + key.Length + 1;
int valueEnd = jsonData.Slice(valueStart).IndexOf(',');
if (valueEnd == -1) // If no comma, this is the last value
{
valueEnd = jsonData.Slice(valueStart).IndexOf('}');
}
// Extract and print the value
ReadOnlySpan<char> value = jsonData.Slice(valueStart, valueEnd);
Console.WriteLine(value.ToString().Trim('"')); // Remove quotes
}
解析器非常適合原子數(shù)據(jù)類型，但不支持 Array 或內(nèi)部 Object 等復雜類型。
因此，讓我們添加一個基于 Span 的 Array 解析器：
public void ProcessJsonArray(ReadOnlySpan<char> jsonArray)
{
int currentIndex = 0;
while (currentIndex < jsonArray.Length)
{
int start = jsonArray.Slice(currentIndex).IndexOf('{');
if (start == -1) break; // No more objects
int end = jsonArray.Slice(currentIndex).IndexOf('}');
if (end == -1) break; // Incomplete object
ReadOnlySpan<char> jsonObject = jsonArray.Slice(currentIndex + start, end - start + 1);
ProcessJsonObject(jsonObject);
currentIndex += end + 1; // Move past the current object
}
}
并添加嵌套對象支持：
private void ProcessJsonObject(ReadOnlySpan<char> jsonObject)
{
// Simple key-value extraction, assuming keys and values are properly formatted
int colonIndex = jsonObject.IndexOf(':');
ReadOnlySpan<char> key = jsonObject.Slice(1, colonIndex - 2); // Skipping surrounding quotes
ReadOnlySpan<char> value = jsonObject.Slice(colonIndex + 1).Trim(); // Extract value and trim
Console.WriteLine($"Key: {key.ToString()}, Value: {value.ToString()}");
}
將所有內(nèi)容放在一起：解析 JSON 數(shù)據(jù)
以下是結(jié)合使用上述所有函數(shù)來解析完整 JSON 字符串的方法：
public void ParseJson(ReadOnlySpan<char> jsonData)
{
int start = 0;
while (start < jsonData.Length)
{
int objectStart = jsonData.Slice(start).IndexOf('{');
if (objectStart == -1) break;
int objectEnd = jsonData.Slice(start).IndexOf('}');
if (objectEnd == -1) break;
ReadOnlySpan<char> jsonObject = jsonData.Slice(start + objectStart, objectEnd - objectStart + 1);
ProcessJsonObject(jsonObject);
start += objectEnd + 1;
}
}
干的好！現(xiàn)在我們有了自己的內(nèi)存有效型 JSON 解析器實現(xiàn)，終于可以忘記這些 Newtonsoft.Json nuget 包更新問題了......可能最近 3 到 4 年都沒有面對它，因為 Microsoft 編寫了自己的實現(xiàn)，但如果你面對 - 現(xiàn)在你知道該怎么做了！
需要注意的事項
范圍：Span 是堆棧分配的，應(yīng)在創(chuàng)建它們的方法中使用。
固定：在處理非托管內(nèi)存時，請謹慎使用固定，因為它可能會影響垃圾回收。
兼容性：確保您的開發(fā)環(huán)境支持 Span，尤其是對于較舊的框架。
Span 是 C# 中的一項強大功能，可以幫助您高效安全地管理內(nèi)存。通過了解 和 之間的差異，以及如何在集合和 span 之間進行轉(zhuǎn)換，您可以編寫更高效、更簡潔的代碼。將 Span 用于任務(wù)Span<T>ReadOnlySpan<T>
該文章在 2024/9/13 10:05:31 編輯過
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