.Net Core中使用ref和Span提高程序性能的实现代码
一、前言
其实说到ref,很多同学对它已经有所了解,ref是C#7.0的一个语言特性,它为开发人员提供了返回本地变量引用和值引用的机制。
Span也是建立在ref语法基础上的一个复杂的数据类型,在文章的后半部分,我会有一个例子说明如何使用它。
二、ref关键字
不论是ref还是out关键,都是一种比较难以理解和操作的语言特性,如C语言中操作指针一样,这样的高级语法总是什么带来一些副作用,但是我不认为这有什么,而且不是每一个C#开发者都要对这些内部运行的机制有着深刻的理解,我觉得不论什么复杂的东西只是为人们提供了一个自由的选择,风险和灵活性永远是不能兼容的。
来看几个例子来说明引用与指针的相同性,当然下面的使用方式早在C#7.0之前就可以使用了:
publicstaticvoidIncrementByRef(refintx) { x++; } publicunsafestaticvoidIncrementByPointer(int*x) { (*x)++; }
上面两个函数分别是使用ref和非安全指针来完成参数+1。
inti=30; IncrementByRef(refi); //i=31 unsafe{ IncrementByPointer(&i); } //i=32
下面是C#7.0提供的特性:
1.reflocals(引用本地变量)
inti=42; refvarx=refi; x=x+1; //i=43
这个例子中为本地i变量的引用x,当改变x的值时i变量的值也改变了。
2.refreturns(返回值引用)
refreturns是C#7中一个强大的特性,下面代码是最能体现其特性的,该函数提供了,返回int数组中某一项的引用:
publicstaticrefintGetArrayRef(int[]items,intindex)=>refitems[index];
通过下标取得数组中的项目的引用,改变引用值时,数组也会随之改变。
三、Span
System.Span是.NetCore核心的一部分,在System.Memory.dll程序集下。目前该特性是独立的,将来可能会集成到CoreFx中;
如何使用呢?在.NetCore2.0SDK创建的项目下引用如下NuGet包:
在上面我们看到了使用ref关键字可以提供的类似指针(T*)的操作单一值对象方式。基本上在.NET体系下操作指针都不认为是一件好的事件,当然.NET为我们提供了安全操作单值引用的ref。但是单值只是用户使用“指针”的一小部分需求;对于指针来说,更常见的情况是操作一系列连续的内存空间中的“元素”时。
Span表示为一个已知长度和类型的连续内存块。许多方面讲它非常类似T[]或ArraySegment,它提供安全的访问内存区域指针的能力。其实我理解它更将是.NET中操作(void*)指针的抽象,熟悉C/C++开发者应该更明白这意味着什么。
Span的特点如下:
•抽象了所有连续内存空间的类型系统,包括:数组、非托管指针、堆栈指针、fixed或pinned过的托管数据,以及值内部区域的引用
•支持CLR标准对象类型和值类型
•支持泛型
•支持GC,而不像指针需要自己来管理释放
下面来看下Span的定义,它与ref有着语法和语义上的联系:
publicstructSpan{ refT_reference; int_length; publicrefTthis[intindex]{get{...}} ... } publicstructReadOnlySpan { refT_reference; int_length; publicTthis[intindex]{get{...}} ... }
接下来我会用一个直观的例子来说明Span的使用场景;我们以字符截取和字符转换(转换为整型)为例:
如有一个字符串stringcontent="content-length:123",要转换将123转换为整型,通常的做法是先Substring将与数字字符无关的字符串进行截断,转换代码如下:
stringcontent="content-length:123"; Stopwatchwatch1=newStopwatch(); watch1.Start(); for(intj=0;j<100000;j++) { int.Parse(content.Substring(15)); } watch1.Stop(); Console.WriteLine("\tTimeElapsed:\t"+watch1.ElapsedMilliseconds.ToString("N0")+"ms");
为什么使用这个例子呢,这是一个典型的substring的使用场景,每次操作string都会生成新的string对象,当然不光是Substring,在进行int.Parse时重复操作string对象,如果大量操作就会给GC造成压力。
使用Span实现这个算法:
stringcontent="content-length:123"; ReadOnlySpanspan=content.ToCharArray(); span.Slice(15).ParseToInt(); watch.Start(); for(intj=0;j<100000;j++) { inticb=span.Slice(15).ParseToInt(); } watch.Stop(); Console.WriteLine("\tTimeElapsed:\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:
publicstaticclassReadonlySpanxtension { publicstaticintParseToInt(thisReadOnlySpanrspan) { Int16sign=1; intnum=0; UInt16index=0; if(rspan[0].Equals('-')){ sign=-1;index=1; } for(intidx=index;idx 四、最后
上述两段代码100000次调用的时间如下:
StringSubstringConvert: TimeElapsed:18ms ReadOnlySpanConvert: TimeElapsed: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.NetCore的性能日后会越来越强大。
以上所述是小编给大家介绍的.NetCore中使用ref和Span
提高程序性能的方法,希望对大家有所帮助,如果大家有任何疑问欢迎给我留言,小编会及时回复大家的!