ArrayPool数组池、Span<T>结构

数组（ArrayPool数组池、Span<T>结构）

目录

• 前言
• 简单的数组、多维数组、锯齿数组
• Array类
• ArrayPool数组池
• Span
  • 　　Span介绍
  • 　　Span切片
  • 　　使用Span改变值
• 总结

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前言

　　如果需要使用相同的类型的多个对象，就可以使用集合和数组，这一节主要讲解数组，其中会重点涉及到Span<T>结构和ArrayPool数组池。我们也会先涉及到简单的数组、多维数组、锯齿数组、Array类。

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简单的数组、多维数组、锯齿数组

　　简单的数组介绍

　　数组的声明：

Int [] myArray;

　　初始化：

myArray=new int[4];

　　还可以：

Int [] myArray=new int []{1,2,3,4};

　　访问数组：

myArray[0];

　　多维数组介绍

　　一般的数组（也称一维数组）是用一个数字来索引，多维数组用两个或两个以上的数字进行索引。

　　声明多维数组时中间以，隔开，我们下面声明一个二维数组。

 int  [,]  twodim=new  int [3,3]
 int[,] twodim = {
                { 1,2,3},
                { 4,5,6},
                { 7,8,9}
            };

　　一个三维数组。

int[,,] threedim = {
                { { 1,2},{ 3,4} },
                {{ 5,6},{ 7,8} },
                { { 9,10},{ 11,12} }
            };
 Console.WriteLine(threedim[0,1,1]);

　　锯齿数组

　　二维数组图形：

　　锯齿数组

 

　　在声明锯齿数组的时候要依次放置左右括号。在初始化锯齿数组时，只对第一对方括号中设置该数组包含的行数，定义各行中元素个数的第二个方括号设为空，因为这类数组的每一行包含不同的元素个数。

　　 int[][] jagged = new int[3][];
    jagged[0] = new int[2] { 1, 2 };
    jagged[1] = new int[4] { 3, 4, 5, 6 };
    jagged[2] = new int[3] { 7, 8, 9 };

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Array类

　　创建数组：

Array intArray1 = Array.CreateInstance(typeof(int), 5);
for (int i = 0; i < intArray1.Length; i++)
    {
         intArray1.SetValue(33, i);
　　}

　　上面这段代码，描述了Array数组的创建以及设置值。CreateInstance()方法第一个参数为元素的类型，第二个参数为定义数组的大小。SetValue()方法设置值第一个参数为设置IDE值，第二个参数为设置的索引。

　　复制数组：

int[] intArray1 = { 1,2};
int[] intArray2 = (int[])intArray1.Clone();

　　因为数组是引用类型的，所以将一个数组的变量赋予另一个数组变量，就会得到两个引用同一个数组的变量，这是使用的是Clone()方法创建数组的浅表副本。使用Copy()方法也可以创建浅表副本，Clone()方法会创建一个数组，而Copy()方法必须传递阶数相同且有足够元素的已有数组。

　　排序：

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int[] list = { 34, 72, 13, 44, 25, 30, 10 };

 
            Console.Write("原始数组： ");
            foreach (int i in list)
            {
                Console.Write(i + " ");
            }
            Console.WriteLine();

 
            // 逆转数组
            Array.Reverse(list);
            Console.Write("逆转数组： ");
            foreach (int i in list)
            {
                Console.Write(i + " ");
            }
            Console.WriteLine();

 
            // 排序数组
            Array.Sort(list);
            Console.Write("排序数组： ");
            foreach (int i in list)
            {
                Console.Write(i + " ");
            }
            Console.WriteLine();
        }


    }

　　输出：

原始数组： 34 72 13 44 25 30 10

逆转数组： 10 30 25 44 13 72 34

排序数组： 10 13 25 30 34 44 72

　　在上述方法中Array.Sort()方法实现了数组的排序，而Array.Reverse()实现了数组的逆转 。

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ArrayPool数组池

　　接下来重点来了，本文的重点一，ArrayPool数组池。如果一个应用需要创建和销毁许多的数组，垃圾收集器就要花费很多的功夫来做这些工作，为了较少垃圾收集器的工作，这里我们可以使用ArrayPool类来使用数组池。ArrayPool管理一个数组池，数组可以再这里租借内存，并且返回到这里。需要引用using System.Buffers;

　　创建数组池：

ArrayPool<int> arrayPool = ArrayPool<int>.Create(maxArrayLength:40000, maxArraysPerBucket: 10);

　　maxArrayLength的默认值是1024*10224字节（数组的长度），maxArraysPerBucket默认值是50（数组的数量）。

　　这里还可以使用以下方法来使用预定义的共享池。

ArrayPool<int> sharePool = ArrayPool<int>.Shared;

　　下面我们就一起看看如何去使用这个数组池吧：

 

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //定义数组池
            ArrayPool<int> arrayPool = ArrayPool<int>.Create(maxArrayLength: 10000, maxArraysPerBucket: 10);

            //定义使用数组的长度
            int arrayLenght = 5;
            int[] array = arrayPool.Rent(arrayLenght);

 
            //输出数组的长度
            Console.WriteLine($"定义数组长度：{arrayLenght}，实际数组长度：{array.Length}");
 

            //对数组进行赋值
            array[0] = 0;
            array[1] = 1;
            array[2] = 2;
            array[3] = 3;
            array[4] = 4;

            
            //输出数组的值
            foreach (var item in array)
            {
                Console.WriteLine(item);
            }

            //将内存返回给数组池，clearArray设置True清除数组，下次调用时为空，设置False，保留数组，下次调用还是现在的值
            arrayPool.Return(array, clearArray: true);
            foreach (var item in array)
            {
                Console.WriteLine(item);
            }

        }
    }

　　在上面事例中，我们使用Rent()方法请求池中的内存，Rent方法返回一个数组，其中至少包含所请求的元素个数。返回的数组可能会用到更多的内存，池中最少的请求为16个元素，紧接着是32,64,128以此类推。所以在上述例子中我们请求的长度为5，但是实际使用的元素个数为16个，多余的将根据类型对其赋值0或者null。

　　我们使用Return()方法将数组返回到池中，这里使用了一个可选参数clearArray，指定是否清除该数组，不清除的话下一个从池中租用这个数组的人可以读取到其中的数据。清除数据可以避免这种情况，但是会消耗更多的CPU时间。

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Span<T>

　　Span<T>介绍

　　为了快速访问托管或非托管的连续内存，可以使用Spam<T>结构。一个可以使用Span<T>结构的例子就是数组，Span<T>结构在后台保存在连续的内存中，另一个例子就是长字符串。

　　使用Span<T>结构，可以直接访问数组元素。数组的元素没有复制，但是它们可以直接调用，并且比复制还快。

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int[] arr1 = { 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 18, 19 };
            var span1 = new Span<int>(arr1);
            span1[1] = 11;
            Console.WriteLine(arr1[1]);
        }
    }

　　输出：

 

　　这里将创建的arr1数组传递给Span<T>,同时Span<T>类型提供了一个索引器，这里直接修改span1的第二个值，然后再输出arr1数组中的第二个值，也是被其修改过得值。

　　Span<T>切片

　　Span<T>它一个强大的特性是，可以使用它访问数组的部分或者切片，使用切片的时候不会复制数组元素，他们是从Span中直接访问的。下面代码介绍了创建切片的两种方法：

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //定义简单的数组
            int[] arr2 = { 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 18, 19, 20, 30, 40, 50, 60 };

            
            //Span<T>对数组进行切片，访问arr2数组，从第三个开始，取长度6个的一个数组。
            var span3 = new Span<int>(arr2, start: 3, length: 6);
 

            //输出切片中的值
            foreach (var item in span3)
            {
                Console.WriteLine(item);
            }
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("");
            Console.WriteLine("");


            //对span3进行切片处理，从第二个开始，去长度4个的一个数组
            var span4 = span3.Slice(start: 2, length: 4);

            foreach (var item in span4)
            {
                Console.WriteLine(item);
            }
        }
    }

　　输出：

 

　　使用Span<T>改变值

　　前面介绍了如何使用Span<T>的索引器，更改数组的元素，下面介绍的将会有更多的选项，关于修改元素的值及复制。

class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            //定义简单的数组
            int[] arr = { 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 18, 19, 20, 30, 40, 50, 60 };

            
            //将数组传递给span
            var span = new Span<int>(arr);
            var span2 = new Span<int>(arr);

 

            //对span进行切片处理，从第四个开始
            var span3 = span.Slice(start: 4 );
 

            //调用clear方法，用0填充span3
            span3.Clear();
            foreach (var item in span3)
            {
                Console.WriteLine("span3的值："+item);
            }
            Console.WriteLine("span3的长度："+span3.Length);

            //创建新的切片span4，从span2开始，长度3
            Span<int> span4 = span2.Slice(start: 3, length: 3);


            //调用Fill方法，用传入的值填充span4
            span4.Fill(42);

 
            foreach (var item in span4)
            {
                Console.WriteLine("span4的值"+item);
            }
            Console.WriteLine("span4的长度"+span4.Length);

            //将span4复制给span，复制失败
            span4.CopyTo(span);


            //将span复制给span3 复制失败
            if (!span.TryCopyTo(span3))
            {
                Console.WriteLine("复制不了");
            }
        }
    }

　　输出：

 

　　上面事例中，显示调用clear()方法，该方法用0填充Span，然后调用了Fill()方法，该方法用传递给Fill方法的值来填充Span，同时也可以将一个Span<T>复制给另一个Span<T>,这里先是采用的CopyTo,在这个方法中，如果另一个目标span不够大，就会复制失败，这里可以使用TryCopyTo来优化此功能，如果目标不够大，将会返回false。以此来判断是否复制成功。上面例子中span4长度为3，而span长度为14，这里是复制成功了，然后其下面的操作，因为span3的长度是10，span复制给span3失败了。因为span3不够大。

　　上面事例中提供了改变值的一些方法，当我们不需要对值进行改变，只需要对数组进行读访问的时候，我们可以使用ReadOnlySpan<T>。这里定义了只读的Span

 ReadOnlySpan<int> readonlySpan = new ReadOnlySpan<int>(arr);

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总结

　　在本篇文章中，重点介绍了ArrayPool数组池和Span<T>结构，通过使用数组池，来降低数组创建和销毁时消耗的性能，减少垃圾回收器的工作，使用Span<T>可以快速的访问托管及非托管代码，创建切片来对数组和长字符串进行一定的操作。更加高效的操作数组。