C# System.Span＜T＞、ref struct

1. Span<T>的特性

system.span<T>在.net core 2.0版本引入
它适用于对连续内存的操作，而不产生新的内存分配，比如数组、字符串、堆外内存
类型为ref struct，不能作为参数传递，不能被装箱(不能作为类的字段)，不能作为async的返回值，只能是现用现声明，用来对原始数组操作
可以通过stackalloc在栈上分配内存，不涉及堆分配和垃圾回收
因为不涉及堆内存分配，所以性能比较高

1.1 Span<T> 的一些典型用法示例：

对已有的数组进行切片操作，无需创建新数组：

int[] numbers = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 };// 获取一个数组切片slice,现在指向 numbers 的子区域，包含元素 2, 3, 4, 5, 6
Span<int> slice = numbers.AsSpan().Slice(start: 2, length: 5);

在不需要副本的情况下操作字符串：

string str = "Hello, World!"; 
//获取字符串的一个切片，span 现在指向字符串 "World"
//注意：这里使用 ReadOnlySpan<char> 因为字符串是不可变的
ReadOnlySpan<char> span = str.AsSpan().Slice(start: 7, length: 5);

处理从文件或网络读取的数据缓冲区：

//假设这是从文件或网络读取的数据 
byte[] buffer = new byte[1024];//现在可以使用 bufferSpan 进行读取和写入操作，而不需要复制数据
Span<byte> bufferSpan = buffer.AsSpan();

栈分配数组（通过 stackalloc）

//在栈上分配内存，不涉及堆分配或垃圾回收 
Span<int> stackAllocatedArray = stackalloc int[10]; 
for (int i = 0; i < stackAllocatedArray.Length; i++)
{ stackAllocatedArray[i] = I;
}

图像处理和音频缓冲操作等领域，需要高性能内存操作：

//假设有一个表示图像像素的 byte 数组 
byte[] imagePixels = new byte[width * height * bytesPerPixel]; 
Span<byte> imageSpan = imagePixels.AsSpan(); // 对图像进行处理，例如反转颜色 
for (int i = 0; i < imageSpan.Length; i += bytesPerPixel)
{ imageSpan[i] = (byte)(255 - imageSpan[i]); // R imageSpan[i + 1] = (byte)(255 - imageSpan[i + 1]); // G imageSpan[i + 2] = (byte)(255 - imageSpan[i + 2]); // B // 如果是 RGBA 格式，还需要处理 Alpha 通道
}

Span<T>的这些用法展示了它如何提供对内存的高效访问，同时保持类型安全。由于 Span<T>是 `ref struct`，它具有一些限制，例如不能被装箱、不能作为异步方法的返回值，也不能存储在堆上，这些限制有助于保持其性能优势。