欢迎您访问程序员文章站本站旨在为大家提供分享程序员计算机编程知识!
您现在的位置是: 首页  >  IT编程

.Net Core中使用ref和Span提高程序性能的实现代码

程序员文章站 2023-11-18 17:18:10
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...

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*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:

public static void incrementbyref(ref int x)
{
 x++;
}
public unsafe static void incrementbypointer(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。

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 (引用本地变量)

int i = 42;
ref var x = ref i;
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.ref returns (返回值引用)

ref returns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:

public static ref int getarrayref(int[] items, int index) => ref items[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.net core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.net core 2.0 sdk创建的项目下引用如下nuget包:

 <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:

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string content = "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:

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");

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:

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('-')){
   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。

以上所述是小编给大家介绍的.net core中使用ref和span<t>提高程序性能的方法,希望对大家有所帮助