C# Span<T> 与内存高效处理

学习使用 Span<T> 和 Memory<T> 进行无分配的内存切片操作，提升性能。 · 难度：入门 · +15XP

为什么需要 Span？

在 .NET 中，字符串操作、数组切片等通常会产生内存分配（如 Substring 创建新字符串）。Span<T> 是 C# 7.2 引入的值类型，提供安全的、无分配的内存视图，可以指向数组、堆栈内存或非托管内存。

基本用法

int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
Span slice = numbers.AsSpan(1, 3);  // 指向索引1开始的3个元素
slice[0] = 99;  // 修改会反映到原数组
Console.WriteLine(string.Join(", ", numbers));  // 1, 99, 3, 4, 5, 6

Span 与字符串

string text = "Hello, World!";
ReadOnlySpan span = text.AsSpan();
ReadOnlySpan hello = span.Slice(0, 5);
Console.WriteLine(hello.ToString());  // "Hello"

性能对比

Memory<T> 与 Span<T> 的区别

• Span<T>：值类型，只能存在于栈上，不能作为字段、不能装箱、不能用于异步方法。
• Memory<T>：引用类型，可以存储在堆上，用于异步场景。

async Task ProcessAsync(Memory memory)
{
    // 异步方法中必须使用 Memory
    await Task.Delay(100);
    Span span = memory.Span;  // 同步方法中获取 Span
}

实用场景

• 解析网络协议数据包
• 高效文本处理（如 CSV 解析）
• 图像处理像素操作
• 避免字符串分配

练习提示

• 使用 Span 实现一个不分配内存的字符串反转函数。
• 比较 Substring 和 Span.Slice 在大量调用时的内存分配差异。
• 用 Span 解析一个 CSV 行，提取字段而不产生分配。