C#怎么使用Span和Memory T C#高性能编程入门

Span 和 Memory 是 C# 7.2 引入的高性能内存操作类型：Span 是栈限定的轻量切片，零分配操作连续内存；Memory 是其可逃逸版本，支持异步和跨作用域使用，二者共同降低 GC 压力、提升访问效率。

Span 和 Memory 是 C# 7.2 引入的核心高性能类型，专为避免堆分配、减少 GC 压力、提升内存访问效率而设计。它们不是“高级技巧”，而是现代 .net（尤其是 .NET Core 2.1+ / .NET 5+）中编写低开销代码的基础工具。

Span：栈友好的、轻量级的连续内存切片

Span 是一个 ref Struct，只能在栈上分配（不能作为字段、不能装箱、不能跨 await 边界），它不拥有内存，只“指向”一段连续的 T 类型数据（如数组、栈内存、非托管内存）。它的核心价值是零分配、零拷贝地操作数据子集。

• 从数组创建：Span span = Array.AsSpan(); 或 span = array.AsSpan(2, 3);（从索引 2 开始取 3 个元素）
• 从栈内存创建：Span stackSpan = stackalloc byte[1024];
• 支持切片、索引、长度访问，语法和数组几乎一样：span[0] = 42; var sub = span.Slice(10, 5);
• 注意：不能用于异步方法体内部直接持有（因为生命周期受限于当前栈帧），需配合 Memory 过渡

Memory：可跨作用域、可异步使用的“安全 Span”

Memory 是 Span 的“可逃逸”版本，不是 ref struct，可以作为字段、参数、返回值，也能安全地传入 async 方法。它本身不直接操作内存，而是通过内部的 MemoryManager 或 ArrayPool 等机制管理底层数据。

• 从数组创建：Memory mem = array.AsMemory();
• 获取 Span 进行实际操作：Span span = mem.Span;（此时仍在当前作用域内）
• 异步场景示例：async Task ProcessAsync(Memory data) { await DoWork(); var span = data.Span; /* 处理 */ }
• 适合搭配 ArrayPool 使用，复用缓冲区：var rented = ArrayPool.Shared.Rent(4096); try { var mem = rented.AsMemory(); /* 使用 */ } finally { ArrayPool.Shared.Return(rented); }

常见高性能场景与写法

Span/Memory 真正发力的地方，是替代传统字符串拆分、字节处理、序列化/解析等易触发分配的操作。

• 字符串解析不分配：用 ReadOnlySpan 替代 String.Substring()。例如解析 csv 行：ReadOnlySpan line = “a,b,c”.AsSpan(); int i = line.IndexOf(‘,’); —— 没有新字符串产生
• 字节处理零拷贝：网络包或文件读取后，直接用 ReadOnlyMemory 传给解码器，再用 Span 写入目标缓冲区，全程无 new byte[]
• 避免 ToArray()/ToArrayAsync()：linq 中的 ToArray 创建新数组；改用 Span 可就地遍历或用 Memory + ArrayPool 复用
• 自定义序列化器首选：System.Text.json 和 Protobuf-net v3 都深度依赖 Span 实现极致性能

注意事项与避坑点

强大但有约束，用错会编译失败或运行时报错。

• Span 不能存储在堆对象中（比如 class 字段），也不能作为 async 方法的局部变量被 await 后继续使用
• Memory 虽可跨 await，但其底层数据仍可能被释放（比如 ArrayPool.Return 后又误用），务必确保生命周期可控
• 不要对同一块内存同时持有多个可变 Span（如 Span 和 Span 重叠），可能引发类型混淆（Type Safety）问题
• 调试时 Span/Memory 在 VS 中显示为“{Length = 10}”，不展开内容 —— 这是正常现象，可用 span.ToArray() 临时转成数组查看（仅调试，勿上线）

基本上就这些。Span 和 Memory 不是炫技，而是让 C# 真正具备系统级控制力的关键拼图。从替换 Substring、避免 ToArray 开始，慢慢把关键路径“Span 化”，性能提升会非常实在。