IT科技类资讯2025-10-04 02:43:26479

用 Span 对 C# 进程中三大内存区域进行统一访问，太厉害了！

一：背景

1. 讲故事

前段时间写了几篇 C# 漫文，用S域进评论留言中有很多朋友多次提到 Span，对大内周末抽空看了下，程中存区确实是行统一个非常的新结构，让我想到了当年的访问WCF，它统一了.NET下各种零散的太厉分布式技术，包括：.NET Remoteing，用S域进WebService，对大内NamedPipe，程中存区MSMQ，行统而这里的访问 Span 统一了 C# 进程中的三大块内存访问，包括：栈内存，太厉托管堆内存，用S域进非托管堆内存，对大内画个图如下：

接下来就和大家具体聊聊这三大块的程中存区内存统一访问。

二：进程中的三大块内存解析

1. 栈内存

大家应该知道方法内的局部变量是存放在栈上的,而且每一个线程默认会被分配 1M 的内存空间，我举个例子：

static void Main(string[] args) { int i = 10; long j = 20; List<string> list = new List<string>(); }

上面 i，j 的值都是存于栈上，list的堆上内存地址也是服务器租用存于栈上，为了看个究竟，可以用 windbg 验证一下：

0:000> !clrstack -l OS Thread Id: 0x2708 (0) Child SP IP Call Site 00000072E47CE558 00007ff89cf7c184 [InlinedCallFrame: 00000072e47ce558] Interop+Kernel32.ReadFile(IntPtr, Byte*, Int32, Int32 ByRef, IntPtr) 00000072E47CE558 00007ff7c7c03fd8 [InlinedCallFrame: 00000072e47ce558] Interop+Kernel32.ReadFile(IntPtr, Byte*, Int32, Int32 ByRef, IntPtr) 00000072E47CE520 00007FF7C7C03FD8 ILStubClass.IL_STUB_PInvoke(IntPtr, Byte*, Int32, Int32 ByRef, IntPtr) 00000072E47CE7B0 00007FF8541E530D System.Console.ReadLine() 00000072E47CE7E0 00007FF7C7C0101E DataStruct.Program.Main(System.String[]) [E:\net5\ConsoleApp2\ConsoleApp1\Program.cs @ 22] LOCALS: 0x00000072E47CE82C = 0x000000000000000a 0x00000072E47CE820 = 0x0000000000000014 0x00000072E47CE818 = 0x0000018015aeab10

通过 clrstack -l 查看线程栈，最后三行可以明显的看到 0a -> 10, 14 -> 20 , 0xxxxxxb10 => list堆地址，除了这些简单类型，还可以在栈上分配复杂类型，这里就要用到 stackalloc 关键词，如下代码：

int* ptr = stackalloc int[3] { 10, 11, 12 };

问题就在这里，指针类型虽然灵活，但是做任何事情都比较繁琐，比如说：

查找某一个数是否在 int[] 中反转 int[] 剔除尾部的某一个数字(比如 12)

就拿第一个问题来说，操作指针的代码如下：

//指针接收 int* ptr = stackalloc int[3] { 10, 11, 12 }; //包含判断 for (int i = 0; i < 3; i++) { if (*ptr++ == 11) { Console.WriteLine(" 11 存在数组中"); } }

后面的两个问题就更加复杂了，既然 Span 是统一访问，就应该用 Span 来接 stackalloc，代码如下:

Span<int> span = stackalloc int[3] { 10, 11, 12 }; //1. 是否包含 var hasNum = span.Contains(11); //2. 反转 span.Reverse(); //3. 剔除尾部 span.Trim(12);

这就很了，你既不需要接触指针，又能完成指针的大部分操作，而且还特别便捷，佩服，最后来验证一下 int[] 是否真的在线程栈上。

0:000> !clrstack -l 000000ED7737E4B0 00007FF7C4EA16AD DataStruct.Program.Main(System.String[]) [E:\net5\ConsoleApp2\ConsoleApp1\Program.cs @ 28] LOCALS: 0x000000ED7737E570 = 0x000000ed7737e4d0 0x000000ED7737E56C = 0x0000000000000001 0x000000ED7737E558 = 0x000000ed7737e4d0 0:000> dp 0x000000ed7737e4d0 000000ed`7737e4d0 0000000b`0000000c 00000000`0000000a

从 Locals 处的 0x000000ED7737E570 = 0x000000ed7737e4d0 可以看到 key / value 是云服务器提供商非常相近的，说明在栈上无疑。

从最后一行 a,b,c 可看出对应的就是数组中的 10，11，12。

2. 非托管堆内存

说到非托管内存，让我想起了当年 C# 调用 C++ 的场景，代码到处充斥着类似下面的语句：

private bool SendMessage(int messageType, string ip, string port, int length, byte[] messageBytes) { bool result = false; if (windowHandle != 0) { var bytes = new byte[Const.MaxLengthOfBuffer]; Array.Copy(messageBytes, bytes, messageBytes.Length); int sizeOfType = Marshal.SizeOf(typeof(StClientData)); StClientData stData = new StClientData { Ip = GlobalConvert.IpAddressToUInt32(IPAddress.Parse(ip)), Port = Convert.ToInt16(port), Length = Convert.ToUInt32(length), Buffer = bytes }; int sizeOfStData = Marshal.SizeOf(stData); IntPtr pointer = Marshal.AllocHGlobal(sizeOfStData); Marshal.StructureToPtr(stData, pointer, true); CopyData copyData = new CopyData { DwData = (IntPtr)messageType, CbData = Marshal.SizeOf(sizeOfType), LpData = pointer }; SendMessage(windowHandle, WmCopydata, 0, ref copyData); Marshal.FreeHGlobal(pointer); string data = GlobalConvert.ByteArrayToHexString(messageBytes); CommunicationManager.Instance.SendDebugInfo(new DataSendEventArgs() { Data = data }); result = true; } return result; }

上面代码中的: IntPtr pointer = Marshal.AllocHGlobal(sizeOfStData); 和 Marshal.FreeHGlobal(pointer) 就用到了非托管内存，从现在开始你就可以用 Span 来接 Marshal.AllocHGlobal 分配的非托管内存啦!，如下代码所示：

class Program { static unsafe void Main(string[] args) { var ptr = Marshal.AllocHGlobal(3); //将 ptr 转换为 span var span = new Span<byte>((byte*)ptr, 3) { [0] = 10, [1] = 11, [2] = 12 }; //然后在 span 中可以进行各种操作了。。。 Marshal.FreeHGlobal(ptr); } }

这里我也用 windbg 给大家看一下未托管内存在内存中是个什么样子。

0:000> !clrstack -l OS Thread Id: 0x3b10 (0) Child SP IP Call Site 000000A51777E758 00007ff89cf7c184 [InlinedCallFrame: 000000a51777e758] Interop+Kernel32.ReadFile(IntPtr, Byte*, Int32, Int32 ByRef, IntPtr) 000000A51777E758 00007ff7c4654dd8 [InlinedCallFrame: 000000a51777e758] Interop+Kernel32.ReadFile(IntPtr, Byte*, Int32, Int32 ByRef, IntPtr) 000000A51777E720 00007FF7C4654DD8 ILStubClass.IL_STUB_PInvoke(IntPtr, Byte*, Int32, Int32 ByRef, IntPtr) 000000A51777E9E0 00007FF7C46511D0 DataStruct.Program.Main(System.String[]) [E:\net5\ConsoleApp2\ConsoleApp1\Program.cs @ 26] LOCALS: 0x000000A51777EA58 = 0x0000027490144760 0x000000A51777EA48 = 0x0000027490144760 0x000000A51777EA38 = 0x0000027490144760 0:000> dp 0x0000027490144760 00000274`90144760 abababab`ab0c0b0a abababab`abababab

最后一行的 0c0b0a 这就是低位到高位的 10,11,12 三个数，接下来从 Locals 处 0x000000A51777EA58 = 0x0000027490144760 可以看出，这个key，value 相隔十万八千里，说明肯定不在栈内存中，继续用 windbg 鉴别一下 0x0000027490144760 是否是托管堆上，网站模板可以用 !eeheap -gc 查看托管堆地址范围，如下代码：

0:000> !eeheap -gc Number of GC Heaps: 1 generation 0 starts at 0x00000274901B1030 generation 1 starts at 0x00000274901B1018 generation 2 starts at 0x00000274901B1000 ephemeral segment allocation context: none segment begin allocated size 00000274901B0000 00000274901B1000 00000274901C5370 0x14370(82800) Large object heap starts at 0x00000274A01B1000 segment begin allocated size 00000274A01B0000 00000274A01B1000 00000274A01B5480 0x4480(17536) Total Size: Size: 0x187f0 (100336) bytes. ------------------------------ GC Heap Size: Size: 0x187f0 (100336) bytes.

从上面信息可以看到，0x0000027490144760 明显不在：3代堆：00000274901B1000 ~ 00000274901C5370 和大对象堆：00000274A01B1000 ~ 00000274A01B5480 区间范围内。

3. 托管堆内存

用 Span 统一托管内存访问那是相当简单了，如下代码所示：

Span span = new byte[3] { 10, 11, 12 };

同样，你有了Span，你就可以使用 Span 自带的各种方法，这里就不多介绍了，大家有兴趣可以实操一下。

三：总结

总的来说，这一篇主要是从思想上带大家一起认识 Span，以及如何用 Span 对接三大区域内存，关于 Span 的好处以及源码解析，后面上专门的文章吧!

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