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用 Span 对 C# 进程中三大内存区域进行统一访问，太厉害了！

發(fā)布時間：2023/12/4 C# 38 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了用 Span 对 C# 进程中三大内存区域进行统一访问，太厉害了！小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.

一：背景

1. 講故事

前段時間寫了幾篇 C# 漫文，評論留言中有很多朋友多次提到 Span，周末抽空看了下，確實是一個非常????????的新結(jié)構(gòu)，讓我想到了當(dāng)年的WCF，它統(tǒng)一了.NET下各種零散的分布式技術(shù)，包括：.NET Remoteing，WebService，NamedPipe，MSMQ，而這里的 Span 統(tǒng)一了 C# 進程中的三大塊內(nèi)存訪問，包括：棧內(nèi)存，托管堆內(nèi)存，非托管堆內(nèi)存，畫個圖如下：

接下來就和大家具體聊聊這三大塊的內(nèi)存統(tǒng)一訪問。

二：進程中的三大塊內(nèi)存解析

1. 棧內(nèi)存

大家應(yīng)該知道方法內(nèi)的局部變量是存放在棧上的,而且每一個線程默認會被分配 1M 的內(nèi)存空間，我舉個例子：

static?void?Main(string[]?args){int?i?=?10;long?j?=?20;List<string>?list?=?new?List<string>();}

上面 i，j 的值都是存于棧上，list的堆上內(nèi)存地址也是存于棧上，為了看個究竟，可以用 windbg 驗證一下：

0:000>?!clrstack?-l OS?Thread?Id:?0x2708?(0)Child?SP???????????????IP?Call?Site 00000072E47CE558?00007ff89cf7c184?[InlinedCallFrame:?00000072e47ce558]?Interop+Kernel32.ReadFile(IntPtr,?Byte*,?Int32,?Int32?ByRef,?IntPtr) 00000072E47CE558?00007ff7c7c03fd8?[InlinedCallFrame:?00000072e47ce558]?Interop+Kernel32.ReadFile(IntPtr,?Byte*,?Int32,?Int32?ByRef,?IntPtr) 00000072E47CE520?00007FF7C7C03FD8?ILStubClass.IL_STUB_PInvoke(IntPtr,?Byte*,?Int32,?Int32?ByRef,?IntPtr) 00000072E47CE7B0?00007FF8541E530D?System.Console.ReadLine() 00000072E47CE7E0?00007FF7C7C0101E?DataStruct.Program.Main(System.String[])?[E:\net5\ConsoleApp2\ConsoleApp1\Program.cs?@?22]LOCALS:0x00000072E47CE82C?=?0x000000000000000a0x00000072E47CE820?=?0x00000000000000140x00000072E47CE818?=?0x0000018015aeab10

通過 clrstack -l 查看線程棧，最后三行可以明顯的看到 0a -> 10, 14 -> 20 , 0xxxxxxb10 => list堆地址，除了這些簡單類型，還可以在棧上分配復(fù)雜類型，這里就要用到 stackalloc 關(guān)鍵詞，如下代碼：

int*?ptr?=?stackalloc?int[3]?{?10,?11,?12?};

問題就在這里，指針類型雖然靈活，但是做任何事情都比較繁瑣，比如說：

查找某一個數(shù)是否在 int[] 中
反轉(zhuǎn) int[]
剔除尾部的某一個數(shù)字(比如 12)

就拿第一個問題來說，操作指針的代碼如下：

//指針接收int*?ptr?=?stackalloc?int[3]?{?10,?11,?12?};//包含判斷for?(int?i?=?0;?i?<?3;?i++){if?(*ptr++?==?11){Console.WriteLine("?11?存在?數(shù)組中");}}

后面的兩個問題就更加復(fù)雜了，既然 Span 是統(tǒng)一訪問，就應(yīng)該用 Span 來接 stackalloc，代碼如下:

Span<int>?span =?stackalloc?int[3]?{?10,?11,?12?};//1.?是否包含var?hasNum?=?span.Contains(11);//2.?反轉(zhuǎn)span.Reverse();//3.?剔除尾部span.Trim(12);

這就很????????了，你既不需要接觸指針，又能完成指針的大部分操作，而且還特別便捷，佩服，最后來驗證一下 int[] 是否真的在線程棧上。

0:000>?!clrstack?-l 000000ED7737E4B0?00007FF7C4EA16AD?DataStruct.Program.Main(System.String[])?[E:\net5\ConsoleApp2\ConsoleApp1\Program.cs?@?28]LOCALS:0x000000ED7737E570?=?0x000000ed7737e4d00x000000ED7737E56C?=?0x00000000000000010x000000ED7737E558?=?0x000000ed7737e4d00:000>?dp?0x000000ed7737e4d0 000000ed`7737e4d0??0000000b`0000000c?00000000`0000000a

從 Locals 處的 0x000000ED7737E570 = 0x000000ed7737e4d0 可以看到 key / value 是非常相近的，說明在棧上無疑。

從最后一行 a,b,c 可看出對應(yīng)的就是數(shù)組中的 10，11，12。

2. 非托管堆內(nèi)存

說到非托管內(nèi)存，讓我想起了當(dāng)年 C# 調(diào)用 C++ 的場景，代碼到處充斥著類似下面的語句：

private?bool?SendMessage(int?messageType,?string?ip,?string?port,?int?length,?byte[]?messageBytes){bool?result?=?false;if?(windowHandle?!=?0){var?bytes?=?new?byte[Const.MaxLengthOfBuffer];Array.Copy(messageBytes,?bytes,?messageBytes.Length);int?sizeOfType?=?Marshal.SizeOf(typeof(StClientData));StClientData?stData?=?new?StClientData{Ip?=?GlobalConvert.IpAddressToUInt32(IPAddress.Parse(ip)),Port?=?Convert.ToInt16(port),Length?=?Convert.ToUInt32(length),Buffer?=?bytes};int?sizeOfStData?=?Marshal.SizeOf(stData);IntPtr?pointer?=?Marshal.AllocHGlobal(sizeOfStData);Marshal.StructureToPtr(stData,?pointer,?true);CopyData?copyData?=?new?CopyData{DwData?=?(IntPtr)messageType,CbData?=?Marshal.SizeOf(sizeOfType),LpData?=?pointer};SendMessage(windowHandle,?WmCopydata,?0,?ref?copyData);Marshal.FreeHGlobal(pointer);string?data?=?GlobalConvert.ByteArrayToHexString(messageBytes);CommunicationManager.Instance.SendDebugInfo(new?DataSendEventArgs()?{?Data?=?data?});result?=?true;}return?result;}

上面代碼中的: IntPtr pointer = Marshal.AllocHGlobal(sizeOfStData); 和 Marshal.FreeHGlobal(pointer) 就用到了非托管內(nèi)存，從現(xiàn)在開始你就可以用 Span 來接 Marshal.AllocHGlobal 分配的非托管內(nèi)存啦！?????????????，如下代碼所示：

class?Program{static?unsafe?void?Main(string[]?args){var?ptr?=?Marshal.AllocHGlobal(3);//將?ptr?轉(zhuǎn)換為?spanvar?span =?new?Span<byte>((byte*)ptr,?3)?{?[0]?=?10,?[1]?=?11,?[2]?=?12?};//然后在? span 中可以進行各種操作了。。。Marshal.FreeHGlobal(ptr);}}

這里我也用 windbg 給大家看一下未托管內(nèi)存在內(nèi)存中是個什么樣子。

0:000>?!clrstack?-l OS?Thread?Id:?0x3b10?(0)Child?SP???????????????IP?Call?Site 000000A51777E758?00007ff89cf7c184?[InlinedCallFrame:?000000a51777e758]?Interop+Kernel32.ReadFile(IntPtr,?Byte*,?Int32,?Int32?ByRef,?IntPtr) 000000A51777E758?00007ff7c4654dd8?[InlinedCallFrame:?000000a51777e758]?Interop+Kernel32.ReadFile(IntPtr,?Byte*,?Int32,?Int32?ByRef,?IntPtr) 000000A51777E720?00007FF7C4654DD8?ILStubClass.IL_STUB_PInvoke(IntPtr,?Byte*,?Int32,?Int32?ByRef,?IntPtr) 000000A51777E9E0?00007FF7C46511D0?DataStruct.Program.Main(System.String[])?[E:\net5\ConsoleApp2\ConsoleApp1\Program.cs?@?26]LOCALS:0x000000A51777EA58?=?0x00000274901447600x000000A51777EA48?=?0x00000274901447600x000000A51777EA38?=?0x00000274901447600:000>?dp?0x0000027490144760 00000274`90144760??abababab`ab0c0b0a?abababab`abababab????????

最后一行的 0c0b0a ?這就是低位到高位的 10,11,12 三個數(shù)，接下來從 Locals 處 0x000000A51777EA58 = 0x0000027490144760 可以看出，這個key，value 相隔十萬八千里，說明肯定不在棧內(nèi)存中，繼續(xù)用 windbg 鑒別一下 0x0000027490144760 是否是托管堆上，可以用 !eeheap -gc 查看托管堆地址范圍，如下代碼：

0:000>?!eeheap?-gc Number?of?GC?Heaps:?1 generation?0?starts?at?0x00000274901B1030 generation?1?starts?at?0x00000274901B1018 generation?2?starts?at?0x00000274901B1000 ephemeral?segment?allocation?context:?nonesegment?????????????begin?????????allocated??????????????size 00000274901B0000??00000274901B1000??00000274901C5370??0x14370(82800) Large?object?heap?starts?at?0x00000274A01B1000segment?????????????begin?????????allocated??????????????size 00000274A01B0000??00000274A01B1000??00000274A01B5480??0x4480(17536) Total?Size:??????????????Size:?0x187f0?(100336)?bytes. ------------------------------ GC?Heap?Size:????Size:?0x187f0?(100336)?bytes.

從上面信息可以看到，0x0000027490144760 明顯不在：3代堆：00000274901B1000 ~ 00000274901C5370 和大對象堆：00000274A01B1000 ~ 00000274A01B5480 區(qū)間范圍內(nèi)。

3. 托管堆內(nèi)存

用 Span 統(tǒng)一托管內(nèi)存訪問那是相當(dāng)簡單了，如下代碼所示：

Span<byte>?span =?new?byte[3]?{?10,?11,?12?};

同樣，你有了Span，你就可以使用 Span 自帶的各種方法，這里就不多介紹了，大家有興趣可以實操一下。

三：總結(jié)

總的來說，這一篇主要是從思想上帶大家一起認識 Span，以及如何用 Span 對接三大區(qū)域內(nèi)存，關(guān)于 Span 的好處以及源碼解析，后面上專門的文章吧！

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的用 Span 对 C# 进程中三大内存区域进行统一访问，太厉害了！的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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