C Span 原始碼解讀和應用實踐

public sealed class string

public sealed class stringbuilder : iserializable
}return this;}}

public readonly struct int32
}

怎麼樣，這些通用 & 基礎的類都在大力對接span / readonlyspan，更別說複雜型別了，其地位不言自明哈，接下來我們就從 span 本身的機制聊起。

靈活運用 span 解決工作中的實際問題我相信大家應該沒什麼毛病了，有了這個基礎再從 span 的原始碼和使用者態和大家一起深度剖析，從原始碼開始吧。

public readonly ref struct span

上面**的ref struct可以看出，這個 span 是只可以分配在棧上的值型別，然後就是裡面的 _pointer 和 _length 兩個例項字段，不知道看完這兩個字段腦子裡是不是有一幅圖，大概是這樣的。

可以清晰的看出，span 就是用來對映一段可以連續訪問的記憶體位址，空間大小由 length 控制，開始位置由 _pointer 指定，是不是像極了指標???，是的，語言團隊要保證你的程式高效能，還得照護你的人身安全，出了各種手段，真是煞費苦心！ ???

雖然圖已經畫了，但還是有很多朋友希望眼見為實，必須實操演練，嘿嘿，無懼任何挑戰，那我先把上面的圖化成**：

static void main(string args)
;var span = new span(nums);
console.readline();
}

接下來我用 windbg 把執行緒棧中的 span 也找出來。

0:000> !clrstack -l
os thread id: 0x181c (0)
child sp               ip call site
locals:
0x000000963277e618 = 0x000001e956b8ab10
0x000000963277e608 = 0x000001e956b8ab20

從最後一行**可以看出：span 的棧位址是 0x000000963277e608，棧內容是：0x000001e956b8ab20，按照圖的理論： 0x000001e956b8ab20 應該是 nums 陣列元素 1 的記憶體位址，可以用 dp 驗證一下。

0:000> dp 0x000001e956b8ab20 000001e9`56b8ab20 00000002`00000001 00000004`00000003 000001e9`56b8ab30 00000006`00000005 00000000`00000000 000001e9`56b8ab40 00007ffc`3e6c4388 00000000`00000000

從上面三行記憶體位址來看，陣列的：1，2，3，4，5，6依次排列，有些朋友可能有點小疑問，為啥 nums 的記憶體位址不是指向陣列元素 1 的呢？那我來普及一下吧，先用 dp 喚出陣列的記憶體位址。

0:000> dp 0x000001e956b8ab10 000001e9`56b8ab10 00007ffc`3e69f090 00000000`00000006 000001e9`56b8ab20 00000002`00000001 00000004`00000003 000001e9`56b8ab30 00000006`00000005 00000000`00000000

可以看出，第一排為:00007ffc3e69f090 0000000000000006, 前面的 8 byte 表示陣列的方法表位址，後面的 8byte 表示 6 ，也就是說陣列有 6個元素，不信的話我截一張圖：

span 是由 _pointer + length 組成的，剛才的 _pointer 也給大家演示了，那 length 的值在**呢？因為 span 是 struct，所以需要用 dp 把剛才的執行緒棧最小的棧位址打出來就可以了。

到這裡，我覺得我講的已經夠清楚了，如果還有點懵的話可以仔細想一想哈。

span的應用場景真的是太多了，不可能在這篇一一枚舉，這裡我就舉兩個例子吧，讓大家能夠感受到 span 的強大即可。

案例：如何高效的計算出使用者輸入的值10+20?

1) 傳統 substring 做法

傳統的做法很簡單,擷取唄，**如下：

static void main(string args)
+=");
console.readline();
}

結果是很輕鬆的算出來了，但你仔細想想這裡是不是有點什麼問題，比如說為了從 word 中扣出 num，我用了兩次 substring，就意味著會在託管堆上生成兩個 string，如果說我執行 1w 次話，那託管堆上會不會有 2w 個 string 呢？修改**如下：

for (int i = 0; i < 10000; i++)

然後看一下託管堆上 string 的個數

0:000> !dumpheap -type string -stat
statistics:
mt    count    totalsize class name
00007ffc53a81e18    20167       556538 system.string

託管堆上有 20167 個，挺恐怖的，真的是給 gc 添麻煩哈，這裡還有 167 個是系統自帶的，接下來的問題是有沒有辦法替換 substring 從而不生成臨時string呢？

2) 新式 span 做法

如果看懂了 span 結構圖，你就應該會使用 _pointer + length 將 string 進行切片處理，對不對，**如下：

for (int i = 0; i < 10000; i++)

然後在託管堆驗證一下，是不是沒有臨時 string 了？

0:000> !dumpheap -type string -stat
statistics:
mt    count    totalsize class name
00007ffc53a51e18      167        36538 system.string

可以看到就只有 167 個系統字串，效能也得到了不小的提公升，???。

平時用 span 的時候，更多的會應用到 array 上面，畢竟 array 在託管堆上是連續記憶體，方便 span 在上面畫乙個可視視窗，其實不僅僅是 array，從 .net5 開始在 list 上畫乙個檢視也是可以的，截圖如下：

因為 list 的 curd 會導致底層的 array 忽長忽短或重新分配，也就無法實現物理上的連續記憶體，所以 span 應用到 list 之後，希望list是不可變的，這也是官方的建議。

總的來說，span 在 .net 底層框架中的地位是越來越顯著了，相信 netcore 追求更高更快的效能上 span 一定大有可為，大家趕緊學起來，???

更多高質量乾貨：參見我的 github: dotnetfly

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