數(shù)組（ArrayPool數(shù)組池、Span<T>結(jié)構(gòu)）

前言

　　如果需要使用相同的類型的多個(gè)對(duì)象，就可以使用集合和數(shù)組，這一節(jié)主要講解數(shù)組，其中會(huì)重點(diǎn)涉及到Span<T>結(jié)構(gòu)和ArrayPool數(shù)組池。我們也會(huì)先涉及到
簡(jiǎn)單的數(shù)組、多維數(shù)組、鋸齒數(shù)組、Array類。

簡(jiǎn)單的數(shù)組、多維數(shù)組、鋸齒數(shù)組

　　簡(jiǎn)單的數(shù)組介紹

　　數(shù)組的聲明：
Int [] myArray;
　　初始化：
myArray=new int[4];
　　還可以：
Int [] myArray=new int []{1,2,3,4};
　　訪問(wèn)數(shù)組：
myArray[0];
?

　　多維數(shù)組介紹

　　一般的數(shù)組（也稱一維數(shù)組）是用一個(gè)數(shù)字來(lái)索引，多維數(shù)組用兩個(gè)或兩個(gè)以上的數(shù)字進(jìn)行索引。

　　聲明多維數(shù)組時(shí)中間以，隔開(kāi)，我們下面聲明一個(gè)二維數(shù)組。
int [,] twodim=new int [3,3] int[,] twodim = { { 1,2,3}, { 4,5,6}, { 7,8,9} };
?

　　一個(gè)三維數(shù)組。
int[,,] threedim = { { { 1,2},{ 3,4} }, {{ 5,6},{ 7,8} }, { { 9,10},{ 11,12} }
}; Console.WriteLine(threedim[0,1,1]);
?

　　鋸齒數(shù)組

　　二維數(shù)組圖形：


1

2

3


4

5

6


7

8

9

?

　　

?

?

?

　　鋸齒數(shù)組



1

2


3

4

5

6


7

8

9

?

?

?

?

?


　　在聲明鋸齒數(shù)組的時(shí)候要依次放置左右括號(hào)。在初始化鋸齒數(shù)組時(shí)，只對(duì)第一對(duì)方括號(hào)中設(shè)置該數(shù)組包含的行數(shù)，定義各行中元素個(gè)數(shù)的第二個(gè)方括號(hào)設(shè)為空，因?yàn)檫@類數(shù)組的每一行包含不同的元素個(gè)數(shù)。
　　 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 };
?

Array類

　　創(chuàng)建數(shù)組：
Array intArray1 = Array.CreateInstance(typeof(int), 5); for (int i = 0; i <
intArray1.Length; i++) { intArray1.SetValue(33, i); 　　}
　　上面這段代碼，描述了Array數(shù)組的創(chuàng)建以及設(shè)置值。CreateInstance()方法第一個(gè)參數(shù)為元素的類型，第二個(gè)參數(shù)為定義數(shù)組的大小。
SetValue()方法設(shè)置值第一個(gè)參數(shù)為設(shè)置IDE值，第二個(gè)參數(shù)為設(shè)置的索引。

　　復(fù)制數(shù)組：
int[] intArray1 = { 1,2}; int[] intArray2 = (int[])intArray1.Clone();
　　因?yàn)閿?shù)組是引用類型的，所以將一個(gè)數(shù)組的變量賦予另一個(gè)數(shù)組變量，就會(huì)得到兩個(gè)引用同一個(gè)數(shù)組的變量，這是使用的是Clone()方法創(chuàng)建數(shù)組的淺表副本。使用
Copy()方法也可以創(chuàng)建淺表副本，Clone()方法會(huì)創(chuàng)建一個(gè)數(shù)組，而Copy()方法必須傳遞階數(shù)相同且有足夠元素的已有數(shù)組。

　　排序：
class Program { static void Main(string[] args) { int[] list = { 34, 72, 13, 44
,25, 30, 10 }; Console.Write("原始數(shù)組： "); foreach (int i in list) {
Console.Write(i+ " "); } Console.WriteLine(); // 逆轉(zhuǎn)數(shù)組 Array.Reverse(list);
Console.Write("逆轉(zhuǎn)數(shù)組： "); foreach (int i in list) { Console.Write(i + " "); }
Console.WriteLine();// 排序數(shù)組 Array.Sort(list); Console.Write("排序數(shù)組： "); foreach
(int i in list) { Console.Write(i + " "); } Console.WriteLine(); } }
?

　　輸出：
原始數(shù)組： 34 72 13 44 25 30 10 逆轉(zhuǎn)數(shù)組： 10 30 25 44 13 72 34 排序數(shù)組： 10 13 25 30 34 44
72
　　在上述方法中Array.Sort()方法實(shí)現(xiàn)了數(shù)組的排序，而Array.Reverse()實(shí)現(xiàn)了數(shù)組的逆轉(zhuǎn) 。

ArrayPool數(shù)組池


　　接下來(lái)重點(diǎn)來(lái)了，本文的重點(diǎn)一，ArrayPool數(shù)組池。如果一個(gè)應(yīng)用需要?jiǎng)?chuàng)建和銷毀許多的數(shù)組，垃圾收集器就要花費(fèi)很多的功夫來(lái)做這些工作，為了較少垃圾收集器的工作，這里我們可以使用ArrayPool類來(lái)使用數(shù)組池。ArrayPool管理一個(gè)數(shù)組池，數(shù)組可以再這里租借內(nèi)存，并且返回到這里。需要引用
using?System.Buffers;

　　創(chuàng)建數(shù)組池：

ArrayPool<int> arrayPool = ArrayPool<int>.Create(maxArrayLength:40000,
maxArraysPerBucket:10);
　　maxArrayLength的默認(rèn)值是1024*10224字節(jié)（數(shù)組的長(zhǎng)度），maxArraysPerBucket默認(rèn)值是50（數(shù)組的數(shù)量）。

　　這里還可以使用以下方法來(lái)使用預(yù)定義的共享池。
ArrayPool<int> sharePool = ArrayPool<int>.Shared;
　　下面我們就一起看看如何去使用這個(gè)數(shù)組池吧：

?
class Program { static void Main(string[] args) { //定義數(shù)組池 ArrayPool<int>
arrayPool = ArrayPool<int>.Create(maxArrayLength: 10000, maxArraysPerBucket: 10
);//定義使用數(shù)組的長(zhǎng)度 int arrayLenght = 5; int[] array = arrayPool.Rent(arrayLenght); //
輸出數(shù)組的長(zhǎng)度 Console.WriteLine($"定義數(shù)組長(zhǎng)度：{arrayLenght}，實(shí)際數(shù)組長(zhǎng)度：{array.Length}"); //
對(duì)數(shù)組進(jìn)行賦值 array[0] = 0; array[1] = 1; array[2] = 2; array[3] = 3; array[4] = 4; //
輸出數(shù)組的值 foreach (var item in array) { Console.WriteLine(item); } //
將內(nèi)存返回給數(shù)組池，clearArray設(shè)置True清除數(shù)組，下次調(diào)用時(shí)為空，設(shè)置False，保留數(shù)組，下次調(diào)用還是現(xiàn)在的值
arrayPool.Return(array, clearArray:true); foreach (var item in array) {
Console.WriteLine(item); } } }
?

　　在上面事例中，
我們使用Rent()方法請(qǐng)求池中的內(nèi)存，Rent方法返回一個(gè)數(shù)組，其中至少包含所請(qǐng)求的元素個(gè)數(shù)。返回的數(shù)組可能會(huì)用到更多的內(nèi)存，池中最少的請(qǐng)求為16個(gè)元素，緊接著是32,64,128以此類推。所以在上述例子中我們請(qǐng)求的長(zhǎng)度為5，但是實(shí)際使用的元素個(gè)數(shù)為16個(gè)，多余的將根據(jù)類型對(duì)其賦值0或者null。


　　我們使用Return()方法將數(shù)組返回到池中，這里使用了一個(gè)可選參數(shù)clearArray，指定是否清除該數(shù)組，不清除的話下一個(gè)從池中租用這個(gè)數(shù)組的人可以讀取到其中的數(shù)據(jù)。清除數(shù)據(jù)可以避免這種情況，但是會(huì)消耗更多的CPU時(shí)間。

Span<T>

　　Span<T>介紹


　　為了快速訪問(wèn)托管或非托管的連續(xù)內(nèi)存，可以使用Spam<T>結(jié)構(gòu)。一個(gè)可以使用Span<T>結(jié)構(gòu)的例子就是數(shù)組，Span<T>結(jié)構(gòu)在后臺(tái)保存在連續(xù)的內(nèi)存中，另一個(gè)例子就是長(zhǎng)字符串。

　　使用Span<T>結(jié)構(gòu)，可以直接訪問(wèn)數(shù)組元素。數(shù)組的元素沒(méi)有復(fù)制，但是它們可以直接調(diào)用，并且比復(fù)制還快。
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]); } }
　　輸出：

?

?


　　這里將創(chuàng)建的arr1數(shù)組傳遞給Span<T>,同時(shí)Span<T>類型提供了一個(gè)索引器，這里直接修改span1的第二個(gè)值，然后再輸出arr1數(shù)組中的第二個(gè)值，也是被其修改過(guò)得值。

　　Span<T>切片


　　Span<T>它一個(gè)強(qiáng)大的特性是，可以使用它訪問(wèn)數(shù)組的部分或者切片，使用切片的時(shí)候不會(huì)復(fù)制數(shù)組元素，他們是從Span中直接訪問(wèn)的。下面代碼介紹了創(chuàng)建切片的兩種方法：
class Program { static void Main(string[] args) { //定義簡(jiǎn)單的數(shù)組 int[] arr2 = { 3, 5
,7, 9, 11, 13, 15, 18, 19, 20, 30, 40, 50, 60 }; //
Span<T>對(duì)數(shù)組進(jìn)行切片，訪問(wèn)arr2數(shù)組，從第三個(gè)開(kāi)始，取長(zhǎng)度6個(gè)的一個(gè)數(shù)組。 var span3 = new Span<int>(arr2,
start:3, length: 6); //輸出切片中的值 foreach (var item in span3) {
Console.WriteLine(item); } Console.WriteLine(""); Console.WriteLine("");
Console.WriteLine(""); //對(duì)span3進(jìn)行切片處理，從第二個(gè)開(kāi)始，去長(zhǎng)度4個(gè)的一個(gè)數(shù)組 var span4 =
span3.Slice(start:2, length: 4); foreach (var item in span4) {
Console.WriteLine(item); } } }
?

　　輸出：

?

?

　　使用Span<T>改變值

　　前面介紹了如何使用Span<T>的索引器，更改數(shù)組的元素，下面介紹的將會(huì)有更多的選項(xiàng)，關(guān)于修改元素的值及復(fù)制。
class Program { static void Main(string[] args) { //定義簡(jiǎn)單的數(shù)組 int[] arr = { 3, 5,
7, 9, 11, 13, 15, 18, 19, 20, 30, 40, 50, 60 }; //將數(shù)組傳遞給span var span = new
Span<int>(arr); var span2 = new Span<int>(arr); //對(duì)span進(jìn)行切片處理，從第四個(gè)開(kāi)始 var span3
= span.Slice(start:4 ); //調(diào)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的長(zhǎng)度："+
span3.Length);//創(chuàng)建新的切片span4，從span2開(kāi)始，長(zhǎng)度3 Span<int> span4 = span2.Slice(start: 3
, length:3); //調(diào)用Fill方法，用傳入的值填充span4 span4.Fill(42); foreach (var item in
span4) { Console.WriteLine("span4的值"+item); } Console.WriteLine("span4的長(zhǎng)度"+
span4.Length);//將span4復(fù)制給span，復(fù)制失敗 span4.CopyTo(span); //將span復(fù)制給span3 復(fù)制失敗 if
(!span.TryCopyTo(span3)) { Console.WriteLine("復(fù)制不了"); } } }
?

　　輸出：

?

?

　　上面事例中，
顯示調(diào)用clear()方法，該方法用0填充Span，然后調(diào)用了Fill()方法，該方法用傳遞給Fill方法的值來(lái)填充Span，同時(shí)也可以將一個(gè)Span<T>復(fù)制給另一個(gè)Span<T>,這里先是采用的CopyTo,在這個(gè)方法中，如果另一個(gè)目標(biāo)span不夠大，就會(huì)復(fù)制失敗，這里可以使用TryCopyTo來(lái)優(yōu)化此功能，如果目標(biāo)不夠大，將會(huì)返回false。以此來(lái)判斷是否復(fù)制成功。上面例子中span4長(zhǎng)度為3，而span長(zhǎng)度為14，這里是復(fù)制成功了，然后其下面的操作，因?yàn)閟pan3的長(zhǎng)度是10，span復(fù)制給span3失敗了。因?yàn)閟pan3不夠大。


　　上面事例中提供了改變值的一些方法，當(dāng)我們不需要對(duì)值進(jìn)行改變，只需要對(duì)數(shù)組進(jìn)行讀訪問(wèn)的時(shí)候，我們可以使用ReadOnlySpan<T>。這里定義了只讀的Span
ReadOnlySpan<int> readonlySpan = new ReadOnlySpan<int>(arr);
?

總結(jié)


　　在本篇文章中，重點(diǎn)介紹了ArrayPool數(shù)組池和Span<T>結(jié)構(gòu)，通過(guò)使用數(shù)組池，來(lái)降低數(shù)組創(chuàng)建和銷毀時(shí)消耗的性能，減少垃圾回收器的工作，使用Span<T>可以快速的訪問(wèn)托管及非托管代碼，創(chuàng)建切片來(lái)對(duì)數(shù)組和長(zhǎng)字符串進(jìn)行一定的操作。更加高效的操作數(shù)組。

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　　青少年是一個(gè)美好而又是一去不可再得的時(shí)期，是將來(lái)一切光明和幸福的開(kāi)端。——加里寧


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