System.Span<T> struct

Artigo
11/22/2024

Este artigo fornece observações complementares à documentação de referência para essa API.

O Span<T> tipo é um ref struct alocado na pilha em vez de no heap gerenciado. Os tipos de struct ref têm várias restrições para garantir que não possam ser promovidos para o heap gerenciado, incluindo que não podem ser encaixotados, não podem ser atribuídos a variáveis do tipo Objectdynamic ou a qualquer tipo de interface, não podem ser campos em um tipo de referência e não podem ser usados entre await limitesyield. Além disso, Equals(Object) as chamadas para dois métodos e GetHashCode, lançam um NotSupportedException.

Importante

Por ser um tipo somente pilha, Span<T> não é adequado para muitos cenários que exigem o armazenamento de referências a buffers no heap. Isso é verdadeiro, por exemplo, para rotinas que fazem chamadas de método assíncronas. Para esses cenários, você pode usar os tipos e complementares System.Memory<T> System.ReadOnlyMemory<T> .

Para intervalos que representam estruturas imutáveis ou somente leitura, use System.ReadOnlySpan<T>.

Memória

A Span<T> representa uma região contígua de memória arbitrária. Uma Span<T> instância é frequentemente usada para manter os elementos de uma matriz ou uma parte de uma matriz. Ao contrário de uma matriz, no entanto, uma Span<T> instância pode apontar para memória gerenciada, memória nativa ou memória gerenciada na pilha. O exemplo a seguir cria um Span<Byte> a partir de uma matriz:

// Create a span over an array.
var array = new byte[100];
var arraySpan = new Span<byte>(array);

byte data = 0;
for (int ctr = 0; ctr < arraySpan.Length; ctr++)
    arraySpan[ctr] = data++;

int arraySum = 0;
foreach (var value in array)
    arraySum += value;

Console.WriteLine($"The sum is {arraySum}");
// Output:  The sum is 4950

// Create a span over an array.
let array = Array.zeroCreate<byte> 100
let arraySpan = Span<byte> array

let mutable data = 0uy
for i = 0 to arraySpan.Length - 1 do
    arraySpan[i] <- data
    data <- data + 1uy

let mutable arraySum = 0
for value in array do
    arraySum <- arraySum + int value

printfn $"The sum is {arraySum}"
// Output:  The sum is 4950

O exemplo a seguir cria um Span<Byte> de 100 bytes de memória nativa:

// Create a span from native memory.
var native = Marshal.AllocHGlobal(100);
Span<byte> nativeSpan;
unsafe
{
    nativeSpan = new Span<byte>(native.ToPointer(), 100);
}
byte data = 0;
for (int ctr = 0; ctr < nativeSpan.Length; ctr++)
    nativeSpan[ctr] = data++;

int nativeSum = 0;
foreach (var value in nativeSpan)
    nativeSum += value;

Console.WriteLine($"The sum is {nativeSum}");
Marshal.FreeHGlobal(native);
// Output:  The sum is 4950

// Create a span from native memory.
let native = Marshal.AllocHGlobal 100
let nativeSpan = Span<byte>(native.ToPointer(), 100)

let mutable data = 0uy
for i = 0 to nativeSpan.Length - 1 do
    nativeSpan[i] <- data
    data <- data + 1uy

let mutable nativeSum = 0
for value in nativeSpan do
    nativeSum <- nativeSum + int value

printfn $"The sum is {nativeSum}"
Marshal.FreeHGlobal native
// Output:  The sum is 4950

O exemplo a seguir usa a palavra-chave stackalloc do C# para alocar 100 bytes de memória na pilha:

// Create a span on the stack.
byte data = 0;
Span<byte> stackSpan = stackalloc byte[100];
for (int ctr = 0; ctr < stackSpan.Length; ctr++)
    stackSpan[ctr] = data++;

int stackSum = 0;
foreach (var value in stackSpan)
    stackSum += value;

Console.WriteLine($"The sum is {stackSum}");
// Output:  The sum is 4950

    // Create a span on the stack.
    let mutable data = 0uy
    let stackSpan = 
        let p = NativeInterop.NativePtr.stackalloc<byte> 100 |> NativeInterop.NativePtr.toVoidPtr
        Span<byte>(p, 100)

    for i = 0 to stackSpan.Length - 1 do
        stackSpan[i] <- data
        data <- data + 1uy

    let mutable stackSum = 0
    for value in stackSpan do
        stackSum <- stackSum + int value

    printfn $"The sum is {stackSum}"
// Output:  The sum is 4950

Como Span<T> é uma abstração sobre um bloco arbitrário de memória, os métodos do tipo e os Span<T> métodos com Span<T> parâmetros operam em qualquer Span<T> objeto, independentemente do tipo de memória que ele encapsula. Por exemplo, cada uma das seções separadas de código que inicializam o intervalo e calculam a soma de seus elementos podem ser alteradas em métodos únicos de inicialização e cálculo, como ilustra o exemplo a seguir:

public static void WorkWithSpans()
{
    // Create a span over an array.
    var array = new byte[100];
    var arraySpan = new Span<byte>(array);

    InitializeSpan(arraySpan);
    Console.WriteLine($"The sum is {ComputeSum(arraySpan):N0}");

    // Create an array from native memory.
    var native = Marshal.AllocHGlobal(100);
    Span<byte> nativeSpan;
    unsafe
    {
        nativeSpan = new Span<byte>(native.ToPointer(), 100);
    }

    InitializeSpan(nativeSpan);
    Console.WriteLine($"The sum is {ComputeSum(nativeSpan):N0}");

    Marshal.FreeHGlobal(native);

    // Create a span on the stack.
    Span<byte> stackSpan = stackalloc byte[100];

    InitializeSpan(stackSpan);
    Console.WriteLine($"The sum is {ComputeSum(stackSpan):N0}");
}

public static void InitializeSpan(Span<byte> span)
{
    byte value = 0;
    for (int ctr = 0; ctr < span.Length; ctr++)
        span[ctr] = value++;
}

public static int ComputeSum(Span<byte> span)
{
    int sum = 0;
    foreach (var value in span)
        sum += value;

    return sum;
}
// The example displays the following output:
//    The sum is 4,950
//    The sum is 4,950
//    The sum is 4,950

open System
open System.Runtime.InteropServices
open FSharp.NativeInterop

// Package FSharp.NativeInterop.NativePtr.stackalloc for reuse.
let inline stackalloc<'a when 'a: unmanaged> length : Span<'a> =
    let voidPointer = NativePtr.stackalloc<'a> length |> NativePtr.toVoidPtr
    Span<'a>(voidPointer, length)

let initializeSpan (span: Span<byte>) =
    let mutable value = 0uy
    for i = 0 to span.Length - 1 do
        span[i] <- value
        value <- value + 1uy

let computeSum (span: Span<byte>) =
    let mutable sum = 0
    for value in span do
        sum <- sum + int value
    sum

let workWithSpans () =
    // Create a span over an array.
    let array = Array.zeroCreate<byte> 100
    let arraySpan = Span<byte> array

    initializeSpan arraySpan
    printfn $"The sum is {computeSum arraySpan:N0}"

    // Create an array from native memory.
    let native = Marshal.AllocHGlobal 100
    let nativeSpan = Span<byte>(native.ToPointer(), 100)

    initializeSpan nativeSpan
    printfn $"The sum is {computeSum nativeSpan:N0}"

    Marshal.FreeHGlobal native

    // Create a span on the stack.
    let stackSpan = stackalloc 100

    initializeSpan stackSpan
    printfn $"The sum is {computeSum stackSpan:N0}"

// The example displays the following output:
//    The sum is 4,950
//    The sum is 4,950
//    The sum is 4,950

matrizes

Quando ele encapsula uma matriz, Span<T> pode encapsular uma matriz inteira, como fez nos exemplos na seção Memória . Como ele dá suporte ao fatiamento, Span<T> também pode apontar para qualquer intervalo contíguo dentro da matriz.

O exemplo a seguir cria uma fatia dos cinco elementos intermediários de uma matriz inteira de 10 elementos. Observe que o código dobra os valores de cada inteiro na fatia. Como mostra a saída, as alterações feitas pelo intervalo são refletidas nos valores da matriz.

using System;

var array = new int[] { 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 };
var slice = new Span<int>(array, 2, 5);
for (int ctr = 0; ctr < slice.Length; ctr++)
    slice[ctr] *= 2;

// Examine the original array values.
foreach (var value in array)
    Console.Write($"{value}  ");
Console.WriteLine();

// The example displays the following output:
//      2  4  12  16  20  24  28  16  18  20

module Program

open System

[<EntryPoint>]
let main _ =
    let array = [| 2; 4; 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20 |]
    let slice = Span<int>(array, 2, 5)
    for i = 0 to slice.Length - 1 do
        slice[i] <- slice[i] * 2

    // Examine the original array values.
    for value in array do
        printf $"{value}  "
    printfn ""
    0
// The example displays the following output:
//      2  4  12  16  20  24  28  16  18  20

Fatias

Span<T> Inclui duas sobrecargas do Slice método que formam uma fatia do intervalo atual que começa em um índice especificado. Isso possibilita tratar os dados em um Span<T> conjunto de partes lógicas que podem ser processadas conforme necessário por partes de um pipeline de processamento de dados com impacto mínimo no desempenho. Por exemplo, como os protocolos de servidor modernos geralmente são baseados em texto, a manipulação de cadeias de caracteres e subcadeias de caracteres é particularmente importante. String Na classe, o principal método para extrair substrings é Substring. Para pipelines de dados que dependem de manipulação extensiva de strings, seu uso oferece algumas penalidades de desempenho, pois:

Cria uma nova cadeia de caracteres para manter a subcadeia de caracteres.
Copia um subconjunto dos caracteres da cadeia de caracteres original para a nova cadeia de caracteres.

Essa operação de alocação e cópia pode ser eliminada usando ou Span<T> ReadOnlySpan<T>, como mostra o exemplo a seguir:

using System;

class Program2
{
    static void Run()
    {
        string contentLength = "Content-Length: 132";
        var length = GetContentLength(contentLength.ToCharArray());
        Console.WriteLine($"Content length: {length}");
    }

    private static int GetContentLength(ReadOnlySpan<char> span)
    {
        var slice = span.Slice(16);
        return int.Parse(slice);
    }
}
// Output:
//      Content length: 132

module Program2

open System

let getContentLength (span: ReadOnlySpan<char>) =
    let slice = span.Slice 16
    Int32.Parse slice

let contentLength = "Content-Length: 132"
let length = getContentLength (contentLength.ToCharArray())
printfn $"Content length: {length}"
// Output:
//      Content length: 132

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Recursos adicionais