新的 C# Span<T> 与 ArraySegment<T> 有何不同？答案

【问题标题】：How is the new C# Span<T> different from ArraySegment<T>?新的 C# Span<T> 与 ArraySegment<T> 有何不同？
【发布时间】：2018-02-28 02:05:54
【问题描述】：

我在概念化the new Span<T> in C# 的用法时遇到了麻烦。

它取代了什么构造？ ArraySegment 现在过时了吗？
它启用了哪些以前没有的功能？
Span 是 C# 数组的有效替代品吗？哪些情况是，哪些情况不是？
我什么时候会使用 ArraySegment 而不是 Span？

我试图了解我的编码风格需要如何改变才能有效利用新的 Span。

【问题讨论】：

ArraySegment 是否仅限于某些数据结构（例如数组）的一部分？ Span是不是也有同样的限制？
what is the use of ArraySegment<T> class?的可能重复

标签： c# .net-core

【解决方案1】：

Span<T> 不会替代任何东西。它是增值的。它提供了对连续内存段的类型安全视图，可以通过多种不同方式分配这些内存段：作为托管数组、基于堆栈的内存或非托管内存。

ArraySegment<T> 仅限于托管阵列。您不能使用它来包装使用stackalloc 在堆栈上分配的数据。 Span<T> 允许您这样做。

ArraySegment<T> 也不提供底层数组的只读视图。 ReadOnlySpan<T> 为您提供。

Span<T> 不应该替换数组。归根结底，它只是对数据的看法。必须以某种方式分配该数据，并且在托管世界中，该分配在大多数情况下将是数组分配。所以你仍然需要数组。

如果您希望您的代码能够操作的不仅仅是数组，您应该使用Span<T>。例如。考虑一个解析库。现在，为了让它能够处理数组、堆栈分配的内存和非托管内存，它必须在 API 中为每一个提供多个入口点，并使用不安全的代码来实际操作数据。它还可能需要公开一个基于string 的API，以供将数据分配为字符串的人使用。使用Span 和ReadOnlySpan，您可以将所有这些逻辑合并到一个基于Span 的解决方案中，该解决方案将适用于所有这些场景。

Span<T> 绝对不会是每个人都经常使用的东西。它是 .NET 框架的一个高度专业化的部分，主要用于库作者和非常高性能的关键场景。例如。 Kestrel，ASP.NET Core 背后的 Web 服务将通过迁移到 Span<T> 获得很多性能优势，因为例如可以使用Span<T> 和堆栈分配的内存来解析请求，这对GC 没有压力。但是，基于 ASP.NET Core 编写网站和服务的您，不必使用它。

【讨论】：

伟大的扩展 - 从您的描述看来，与 ArraySegment 相比，Span 和 ReadOnlySpan 提供了功能的超集...我什么时候可以使用 ArraySegment跨度？因为似乎我永远不会。
Span 是一个只有栈的结构（相当新的和棘手的语言特性）。您不能将它保存在某个非堆栈类或结构的字段中。所以 Span 非常强大，但在使用上也非常有限。另一方面，当您需要“缓冲区/偏移量/计数”三位一体并且无法使用 Span 时，ArraySegment 非常简单且有用。
酷，这就像 golang 中的 Slice

【解决方案2】：

来自MSDN Magazine：Span 的定义方式使得操作可以像在数组上一样高效：索引到一个 span 不需要计算来确定指针的起点及其起始偏移量，就像 ref 字段本身已经封装了两者。 （相比之下，ArraySegment 有一个单独的偏移量字段，这使得索引和传递都更加昂贵。）

此外，虽然 ArraySegment 实现了 IEnumerable，但 Span 没有。

【讨论】：

【解决方案3】：

在决定是否使用 Span 时还要考虑在 C# 中应用于 ref structs 的限制：

https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.span-1?view=netcore-2.2

Span 是一个 ref struct 分配在堆栈上而不是在托管堆上。 Ref 结构类型有许多限制确保它们不能被提升到托管堆，包括它们不能被装箱，不能分配给类型的变量对象、动态或任何接口类型，它们不能是引用类型，它们不能用于 await 和 yield 边界。此外，调用两个方法，Equals(Object) 和 GetHashCode，抛出 NotSupportedException。

重要

因为是stack-only类型，所以Span不适合很多需要在堆上存储对缓冲区的引用的场景。这例如，对于进行异步方法调用的例程来说是正确的。对于这种情况，您可以使用免费的 System.Memory 和 System.ReadOnlyMemory 类型。

对于表示不可变或只读结构的 span，请使用 System.ReadOnlySpan。

https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/keywords/ref?view=netcore-2.2#ref-struct-types

将 ref 修饰符添加到结构声明中定义了该实例该类型的必须是堆栈分配的。换句话说，实例这些类型永远不能作为另一个成员在堆上创建班级。此功能的主要动机是 Span 和相关结构。

将 ref 结构类型保持为堆栈分配变量的目标介绍了编译器对所有 ref struct 强制执行的几条规则类型。

您不能将 ref 结构装箱。

您不能将 ref struct 类型分配给对象、动态或任何接口类型的变量。

ref struct 类型不能实现接口。

您不能将 ref 结构声明为类或普通结构的成员。

不能在异步方法中声明属于 ref struct 类型的局部变量。您可以在返回 Task、Task 或 Task-like 类型的同步方法中声明它们。

不能在迭代器中声明 ref struct 局部变量。

您无法在 lambda 表达式或局部函数中捕获 ref struct 变量。

这些限制可确保您不会以可能将其提升到托管堆的方式意外使用 ref 结构。

您可以结合修饰符将结构声明为只读引用。一种 readonly ref struct 结合了 ref 的优点和限制 struct 和 readonly struct 声明。

【讨论】：