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C#的Span和Memory是什么?如何进行高性能的内存操作?

月夜之吻

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发布时间:2025-11-19 10:37:29

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来源于php中文网

原创

Span和Memory是C#高性能内存操作核心,前者为栈限定的ref结构,用于零复制切片、解析等同步场景;后者可跨异步传递,支持堆内存抽象。通过AsSpan/AsMemory避免数据复制,结合stackalloc、Utf8Parser、ReadOnlySpan等技术减少GC压力,实现高效字符串、二进制处理与I/O操作,关键在于以“视图”替代“副本”,提升性能与安全性。

c#的span<t>和memory<t>是什么?如何进行高性能的内存操作?

在C#中,SpanMemory 是用于高性能内存操作的核心类型,特别适合需要避免堆分配、减少GC压力和提升执行效率的场景。

Span上的高效内存视图

Span 是一个 ref 结构(ref struct),表示一段连续的内存区域,可以指向数组、栈上分配的内存或原生指针。它的生命周期受限于栈帧,不能被装箱或跨异步方法传递,因此非常安全且高效。

常见用途包括:

  • 切片数组而不复制数据
  • 处理字符串解析中的子串(通过 ReadOnlySpan
  • 在网络包或二进制协议中解析字节

示例:

byte[] data = new byte[1000];
Span span = data.AsSpan();
Span part = span.Slice(100, 50); // 取第100到149字节,无复制
part.Fill(0xFF); // 快速填充

Memory:支持堆与异步的内存抽象

Memory 是一个结构体,功能类似 Span,但可以在堆上传递,适用于异步方法或需要跨方法边界保留的场景。它底层封装了可为数组、堆内存或自定义内存管理器的对象。

与 Span 不同,Memory 可以被存储在类字段、集合中,也可用于 async/await 上下文。

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获取 Span 的方式:

Memory memory = data.AsMemory();
Span span = memory.Span; // 在同步上下文中使用

若在异步中处理,可用 MemoryManager 或 .Slice() 等方法管理生命周期。

如何进行高性能内存操作?

要真正发挥 Span 和 Memory 的性能优势,需遵循以下实践:

  • 优先使用 Span 进行同步处理:在方法内部操作数组或本地缓冲区时,用 AsSpan() 避免复制。
  • 避免频繁创建对象:利用栈分配特性,减少 GC 压力。例如,使用 stackalloc 创建小型 Span:
Span temp = stackalloc int[256];
  • 结合 System.Text.Unicode 和 Utf8Parser / Utf8Formatter:直接在 byte span 上解析数字或格式化文本,跳过字符串编码转换。
  • 使用 ReadOnlySpan 处理字符串切片:如解析命令行参数或 CSV 行,无需 substring 分配新字符串。
  • 在 I/O 和网络库中传递 Memory:如 PipeReader、Socket 接收缓冲区,实现零拷贝读写。

基本上就这些。Span 和 Memory 是现代 C# 高性能编程的基石,理解它们的差异和适用场景,能显著提升数据处理效率,尤其是在高频调用、大数据量或低延迟要求的系统中。关键在于“视图”而非“副本”,让内存操作更轻、更快、更安全。

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