程式碼分析：在.Net Core中使用ref和Span提高程式效能

這篇文章主要介紹了.Net Core中使用ref和Span8742468051c85b06f0a0af9e3e506b5c提高程式效能的簡單實作程式碼,需要的朋友可以參考下

##一、前言

其實說到ref，很多同學對它已經有所了解，ref是C# 7.0的一個語言特性，它為開發人員提供了返回本地變數引用和值引用的機制。

Span也是建立在ref語法上的一個複雜的資料類型，在文章的後半部分，我會有一個例子來說明如何使用它。

二、ref關鍵字

不論是ref還是out關鍵，都是一種比較難以理解和操作的語言特性，如C語言中操作指標一樣，這樣的高階語法總是什麼帶來一些副作用，但是我不認為這有什麼，而且不是每一個C#開發者都要對這些內部運作的機制有著深刻的理解，我覺得不論什麼複雜的東西只是為人們提供了一個自由的選擇，風險和靈活性永遠是無法相容的。

來看幾個例子來說明引用與指標的相同性，當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)++;
}

上面兩個函數分別是使用ref和非安全性指標來完成參數+1。

int i = 30;
IncrementByRef(ref i);
// i = 31
unsafe{
 IncrementByPointer(&i);
}
// i = 32

以下是C# 7.0提供的特性：

1.ref locals (引用本地變數)

#

int i = 42;
ref var x = ref i;
x = x + 1;
// i = 43

這個範例中為本地i 變數的引用x, 當改變x的值時i變數的值也改變了。

2.ref returns (傳回值參考)

ref returns是C# 7中一個強大的特性，下面程式碼是最能體現其特性的，該函數提供了，傳回int數組中某一項的引用：

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

透過下標取得數組中的項目的引用，改變引用值時，數組也會隨之改變。

三、SpanSystem.Span是.Net Core核心的一部分，在System.Memory.dll 程式集下。目前該特性是獨立的，將來可能會整合到CoreFx中；

#如何使用呢？在.Net Core 2.0 SDK創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關鍵字可以提供的類似指針(T*)的操作單一值物件方式。基本上在.NET系統下操作指標都不認為是一件好的事件，當然.NET為我們提供了安全操作單值參考的ref。但是單值只是使用者使用「指標」的一小部分需求；對於指標來說，更常見的情況是操作一系列連續的記憶體空間中的「元素」時。

Span表示為一個已知長度和類型的連續記憶體區塊。許多方面講它非常類似T[]或ArraySegment，它提供安全的存取記憶體區域指標的能力。其實我理解它更將是.NET中操作(void*)指標的抽象,熟悉C/C++開發者應該更明白這意味著什麼。

Span的特性如下：•抽象化了所有連續記憶體空間的型別系統，包括：陣列、非託管指標、堆疊指標、fixed或pinned過的託管數據，以及值內部區域的引用

•支援CLR標準物件類型和值類型

•支援泛型
•支援GC,而不像指標需要自己來管理釋放

下面來看下Span的定義，它與ref有著文法和語意上的連結：

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覺的例子來說明Span的使用場景；我們以字元截取和字元轉換（轉換為整數）為例：

如有一個字串

string content = "content-length:123",

要轉換將123轉換為整數，通常的做法是先Substring將與數字字元無關的字串進行截斷，轉換程式碼如下：

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");

為什麼要使用這個例子呢，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,當然不光是Substring,在進行int.Parse時重複操作string對象，如果大量操作就會給GC造成壓力。

使用Span實作這個演算法：

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");

這裡將string轉換為int的演算法利用ReadonlySpan實現，這也是Span的典型使用場景，官方給的場景也是如些，Span適用於多次復用操作連續記憶體的場景。

轉換程式碼如下：

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(&#39;-&#39;)){
   sign = -1; index = 1;
  }
  for (int idx = index; idx < rspan.Length; idx++){
   char c = rspan[idx];
   num = (c - &#39;0&#39;) + num * 10;
  }
  return num * sign;
 }
}

#四、最後上述兩段程式碼100000次呼叫的時間如下：

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

目前Span的相關支援還夠，它只是最基礎架構，之後CoreFx會對很多API使用Span進行重構和實現。可見.Net Core的效能日後會越來越強大。

以上是程式碼分析：在.Net Core中使用ref和Span提高程式效能的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！