C#中的Span<T> | DreamException

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Jun 3, 2025 03:53 AM

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summary

1. 基本概念

Span<T> 是一个值类型的引用结构(ref struct)，它表示内存中的连续区域，可以指向：

托管堆上的数组

栈上分配的内存(stackalloc)

非托管内存

字符串的一部分(通过 ReadOnlySpan<char>)

2. 主要特性

2.1 高性能

避免了数组拷贝

减少内存分配

允许直接访问内存

2.2 内存安全

自动边界检查

防止访问已释放的内存

2.3 灵活性

可以表示数组的子集

支持切片操作

3. 创建 Span<T>

4. 常用操作

4.1 切片(Slicing)

4.2 复制数据

4.3 访问元素

5. ReadOnlySpan<T>

ReadOnlySpan<T> 是 Span<T> 的只读版本，特别适合处理字符串等不可变数据：

6. Span 的限制

由于 Span<T> 是 ref struct，有以下限制：

不能作为类的字段

不能实现接口

不能放在堆上(如数组、集合中)

不能用于异步方法(async/await)

7. 实际应用场景

7.1 高性能字符串处理

7.2 解析二进制数据

7.3 零拷贝数据处理

8. Span 与相关类型比较

特性	`Span<T>`	`Array`	`Memory<T>`	`ReadOnlySequence<T>`
堆分配	无	是	是	是
栈分配	支持	不支持	不支持	不支持
可修改	是	是	是	只读
异步支持	否	是	是	是
连续内存	是	是	是	不一定

9. 最佳实践

优先使用 ReadOnlySpan<T> 当不需要修改数据时

避免长期存储 Span 的生命周期应短暂

小数据使用 stackalloc 减少GC压力

大数据考虑 Memory<T> 当需要长期存储或在异步中使用时

注意边界检查 虽然自动进行，但错误的索引仍会抛出异常

Span<T> 是 C# 高性能编程的重要工具，合理使用可以显著提升应用程序性能，特别是在处理大量数据或需要低延迟的场景中。