站在前人的肩膀上重新透视C# Span数据结构
先谈一下我对Span的站前看法， Span是肩膀结构指向任意连续内存空间的类型安全、内存安全的上重视C数据视图。
Span和Memory都是新透包装了可以在pipeline上使用的结构化数据的内存缓冲器,他们被设计用于在pipeline中高效传递数据。
定语解读
这里面许多定语，站前值得我们细细揣摩：
1. 指向任意连续内存空间：支持托管堆，肩膀结构原生内存、上重视C数据堆栈，新透 这个可从Span的站前几个重载构造函数窥视一二。
2. 类型安全：Span 是肩膀结构一个泛型。
3. 内存安全： Span[1]是上重视C数据一个readonly ref struct数据结构,用于表征一段连续内存的关键属性被设置成只读readonly， 保证了所有的新透操作只能在这段内存内。
// 截取自Span源码
public readonly ref struct Span
{
// 表征一段连续内存的站前关键属性 Pointer & Length 都只能从构造函数赋值
///
internal readonly ByReference
///
private readonly int _length;
[MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
public Span(T[]? array)
{
if (array == null)
{
this = default;
return; // returns default
}
if (!typeof(T).IsValueType && array.GetType() != typeof(T[]))
ThrowHelper.ThrowArrayTypeMismatchException();
_reference = new ByReference
_length = array.Length;
}
}4. 视图：操作结果会直接体现到底层的连续内存。
至此我们来看一个简单的肩膀结构用法， 利用span操作指向一段堆栈空间。上重视C数据
static void Main()
{
Span
byte data = 0;
for (int ctr = 0; ctr < arraySpan.Length; ctr++)
arraySpan[ctr] = data++;
arraySpan.Fill(1);
var arraySum = Sum(arraySpan);
Console.WriteLine($"The sum is { arraySum}"); // 输出100
arraySpan.Clear();
var slice = arraySpan.Slice(0,50); // 因为是只读属性，云服务器提供商 内部New Span<>(), 产生新的切片
arraySum = Sum(slice);
Console.WriteLine($"The sum is { arraySum}"); // 输出0
}
[MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
static int Sum(Span
{
int arraySum = 0;
foreach (var value in array)
arraySum += value;
return arraySum;
}此处Span 指向了特定的堆栈空间， Fill,Clear 等操作的效果直接体现到该段内存。注意Slice切片方法，内部实质是产生新的Span，是一个新的视图，对新span的操作会体现到原始底层数据结构。 [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
public Span
{
if ((uint)start > (uint)_length)
ThrowHelper.ThrowArgumentOutOfRangeException();
return new Span
从Slice切片源码可以看到，实质是利用原ptr & length 产生包含新的ptr & length的操作视图， ptr其实是指针的移动，也就是定位新的数据块， 但是终归是在原始数据块内部。
衍生技能点
我们再细看Span的定义， 有几个关键词建议大家温故而知新。
1. readonly strcut[2]从C#7.2开始，你可以将readonly作用在struct上，高防服务器指示该struct不可改变。
span 被定义为readonly struct，内部属性自然也是readonly，从上面的分析和实例看我们可以针对Span表征的特定连续内存空间做内容更新操作;
如果想限制更新该连续内存空间的内容， C#提供了ReadOnlySpan类型， 该类型强调该块内存只读，也就是不存在Span 拥有的Fill，Clear等方法。
一线码农大佬写了文章讲述[使用span对字符串求和]的姿势，大家都说使用span能高效操作内存，我们对该用例BenchmarkDotNet压测。
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Buffers;
using System.Runtime.CompilerServices;
using BenchmarkDotNet.Attributes;
using BenchmarkDotNet.Running;
namespace ConsoleApp3
{
public class Program
{
static void Main()
{
var summary = BenchmarkRunner.Run
}
}
[MemoryDiagnoser,RankColumn]
public class MemoryBenchmarkerDemo
{
int NumberOfItems = 100000;
// 对字符串切割， 会产生字符串小对象
[Benchmark]
public void StringSplit()
{
for (int i = 0; i < NumberOfItems; i++)
{
var s = "97 3";
var arr = s.Split(new string[] { " " }, StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries);
var num1 = int.Parse(arr[0]);
var num2 = int.Parse(arr[1]);
_ = num1 + num2;
}
}
// 对底层字符串切片
[Benchmark]
public void StringSlice()
{
for (int i = 0; i < NumberOfItems; i++)
{
var s = "97 3";
var position = s.IndexOf( );
ReadOnlySpan
var num1 = int.Parse(span.Slice(0, position));
var num2 = int.Parse(span.Slice(position));
_= num1+ num2;
}
}
}
}
压测解读：
对字符串运行时切分，不会利用驻留池，于是case1会分配大量小对象;
case2对底层字符串切片，虽然会产生不同的透视对象Span， 但是实际引用了的原始内存块的偏移区间， 不存在分配新内存。
2. ref struct[3]
从C#7.2开始，ref可以作用在struct，指示该类型被分配在堆栈上，云南idc服务商并且不能转义到托管堆。
Span,ReadonlySpan 包装了对于任意连续内存快的透视操作，但是只能被存储堆栈上，不适用于一些场景，例如异步调用，.NET Core 2.1为此新增了Memory[4] , ReadOnlyMemory， 可以被存储在托管堆上,这个暂时按下不表。
最后用一张图总结， 本文成文，感谢[ yi念之间 ]大佬参与讨论。
引用链接
[1] Span: https://github.com/dotnet/runtime/blob/main/src/libraries/System.Private.CoreLib/src/System/Span.cs
[2] readonly strcut: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/builtin-types/struct#readonly-struct
[3] ref struct: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/builtin-types/struct
[4] Memory: https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/standard/memory-and-spans/memory-t-usage-guidelines