在 C# 中使用 Span 和 Memory 编写高性能代码的详细步骤

在 C# 中使用 Span<T> 和 Memory<T> 可以大幅提升代码性能，并且这两个类型被广泛地用于处理数组和内存操作。在本文中，我们将详细介绍如何使用Span<T> 和 Memory<T> 来编写高性能代码。

一、什么是 Span 和 Memory

首先，我们需要了解一下什么是 Span<T> 和 Memory<T>。它们都是 .NET Core 2.1 引入的新类型，用于更有效地管理内存和数组。Span<T> 表示一个连续的内存块，它可以是任何值类型或者原始类型，比如 int、double、byte 等。Memory<T> 是 Span<T> 的一个包装，用于对内存进行读写。

二、使用 Span 和 Memory

2.1 创建 Span

创建一个 Span<T>，有多种方式。我们可以从一个数组或一个指针中创建：

// 创建一个整型数组
int[] arr = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 };

// 从数组中创建一个 Span
Span<int> span = new Span<int>(arr);

// 或者从一个指针中创建
unsafe
{
    int* ptr = arr;
    Span<int> span2 = new Span<int>(ptr, arr.Length);
}

2.2 访问 Span

访问 Span<T> 中的元素非常简单，可以像访问一个普通的数组一样。下面是一个例子：

Span<int> span = new Span<int>(new[] { 1, 2, 3, 4, 5 });
for (int i = 0; i < span.Length; i++)
{
    Console.WriteLine($"span[{i}]={span[i]}");
}

2.3 使用 Span 进行数组拷贝

我们可以使用 Span 来进行数组的拷贝操作，而不必遍历整个数组。

int[] src = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 };
int[] dest = new int[5];

var srcSpan = new Span<int>(src);
var destSpan = new Span<int>(dest);

src.CopyTo(dest);

2.4 使用 Memory 进行内存操作

Memory<T> 类型可以用于对内存进行读写，而不必访问数组。

byte[] bytes = new byte[32];
Memory<byte> memory = new Memory<byte>(bytes);
memory.Slice(0, 16).Span[0] = 1;

三、示例

下面是一个使用 Span<T> 的示例，用于计算一个数组中的平均值。我们使用一个 Span<double> 来遍历数组，并计算每个元素的总和：

public static double ComputeAverage(Span<double> values)
{
    double total = 0;
    for (int i = 0; i < values.Length; i++)
    {
        total += values[i];
    }
    return total / values.Length;
}

以及一个使用 Memory<T> 的示例，用于比较两个数组是否相等：

public static unsafe bool AreEqual(Memory<byte> left, Memory<byte> right)
{
    if (left.Length != right.Length)
    {
        return false;
    }

    int times = left.Length / sizeof(long);
    long* lPtr = (long*)left.Pin().Pointer;
    long* rPtr = (long*)right.Pin().Pointer;

    for (int i = 0; i < times; i++)
    {
        if (lPtr[i] != rPtr[i])
        {
            return false;
        }
    }

    for (int i = times * sizeof(long); i < left.Length; i++)
    {
        if (left.Span[i] != right.Span[i])
        {
            return false;
        }
    }

    return true;
}

总结

在本文中，我们介绍了使用 Span<T> 和 Memory<T> 的一些基本操作和示例。使用它们可以让我们编写更高效的代码，不必为了处理数组而进行额外的内存操作。如果你还没有使用 Span<T> 和 Memory<T> 的习惯，我强烈建议你使用它们来提高代码的性能。