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

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語言中操作指針一樣，這樣的高級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行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兼容的。

來看幾個例子來說明引用與指針的相同性，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和非安全指針來完成參數+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：

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

這個例子中為本地 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 (返回值引用)

ref returns是C# 7中一個強大的特性，下面代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];

通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.SpanSystem.Memory.dll程序集下。目前該特性是獨立的，將來可能會集成到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：

在上面我們看到了使用ref關鍵字可以提供的類似指針(T*)的操作單一值對象方式。基本上在.NET體系下操作指針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引用的ref。但是單值只是用戶使用「指針」的一小部分需求；對於指針來說，更常見的情況是操作一系列連續的內存空間中的「元素」時。

• 抽象了所有連續內存空間的類型系統，包括：數組、非託管指針、堆棧指針、fixed或pinned過的託管數據，以及值內部區域的引用
• 支持CLR標準對象類型和值類型
• 支持泛型
• 支持GC,而不像指針需要自己來管理釋放

下面來看下Span

public struct Span {
ref T _reference;
int _length;
public ref T this[int index] { get {...} }
...
}

public struct ReadOnlySpan {
ref T _reference;
int _length;
public T this[int index] { get {...} }
...
}

接下來我會用一個直觀的例子來說明Span的使用場景；我們以字元截取和字元轉換（轉換為整型）為例：

如有一個字元串string content = "content-length:123",要轉換將123轉換為整型，通常的做法是先Substring將與數字字元無關的字元串進行截斷，轉換代碼如下：

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(" Time Elapsed: " + watch1.ElapsedMilliseconds.ToString("N0") + "ms");

為什麼使用這個例子呢，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實現這個演算法：

string content = "content-length:123";
ReadOnlySpan 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(" Time Elapsed: " + 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

轉換代碼如下：

public static class ReadonlySpanxtension
{
public static int ParseToInt(this ReadOnlySpan rspan)
{
Int16 sign = 1;
int num = 0;
UInt16 index = 0;
if (rspan[0].Equals("-")){
sign = -1; index = 1;
}
for (int idx = index; idx < rspan.Length; idx++){ char c = rspan[idx]; num = (c - "0") + num * 10; } return num * sign; } }

四、最後

上述兩段代碼100000次調用的時間如下：

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

目前Span

相關Demo會上傳到QQ群中。

GitHub：https://github.com/maxzhang1985/YOYOFx如果覺還可以請Star下， 歡迎一起交流。

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