.Net Core中如何使用ref和Span提高程式效能的實作程式碼

這篇文章主要介紹了.Net Core中使用ref和Span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的語言特性，它為開發人員提供了傳回本機#​​##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不能相容的。

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

下面是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 變量的引用x, 當改變x的值時i變數的值也改變了。

2.ref returns (回傳值參考)

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，返回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、Span

System.Span是.Net Core核心的一部分，在System.Memory.

dl# l 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建立的專案下引用如下NuGet套件：

 <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標(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；我們以字元截取與字元轉換（轉換為整數）為例：

如有一個

字串string<a href="http://www.php.cn/wiki/57.html" target="_blank"> content = "content-length:123" ,</a>要轉換將123轉換為整數型，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");

这里将string转换为int的算法利用ReadonlySpan实现，这也是Span的典型使用场景，官方给的场景也是如些，Span适用于多次复用操作连续内存的场景。

转换代码如下：

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、最后

上述两段代码100000次调用的时间如下：

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

目前Span的相关支持还够，它只是最基础架构，之后CoreFx会对很多API使用Span进行重构和实现。可见.Net Core的性能日后会越来越强大。

以上是.Net Core中如何使用ref和Span提高程式效能的實作程式碼的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！