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Depois do .NET Core 2.1, o framework introduziu o System.Span. Sua declaração é:

public readonly ref struct Span<T>

Na documentação tem algumas breves explicações sobre o armazenamento em pilha ao invés de heap mas ainda não vi um real motivo para usar ele. Ele é compatível com a maioria dos tipos primitivos.

O que é o Span<T> e quando devo usá-lo?

1 Resposta 1

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Para a maioria dos códigos do tipo "só preciso que funcione (e esteja correto)" realmente ele não é tão útil. E convenhamos que o grosso da utilização de C# é assim. É só uma linguagem para criar soluções sem grandes preocupações com eficiência, ainda que não seja usada sem nenhuma preocupação com ela. Geralmente as pessoas não adotam C# porque ela é eficiente.

Mas em códigos que precisam de eficiência é necessário ter mecanismo que permite obter isso. E os códigos do próprio .NET e tecnologias associadas a eficiência é muito importante. Como você acha que eles conseguiram ir para as cabeças no TechEmpower? E estão melhorando em outros benchmarks em cada versão, no momento que linkei isto ainda nem pegaram o .NET 7, que teve melhorias no Span entre outras coisas, por mudanças no runtime e na linguagem.

Muito das enormes melhorias de performance do .NET tem a ver com o uso do Span em locais que o acesso era feito de forma mais ingênua. No passado dava para melhorar usando ponteiro, mas isso custava caro para desenvolver, manter e garantir a robustez. Procure nos fontes do .NET o seu uso. Em cada versão está sendo usado em muito mais lugares.

Não é que não desse para trazer essa eficiência antes, mas teria que fazer em C++ ou recorrer ao contexto unsafe do C#, o que é algo ruim, menos robusto e menos produtivo e difícil de manter. A criação do ref struct e mais alguns outros mecanismos na linguagem vieram em primeiro lugar para poder criar o Span e não precisar acessar a memória através de ponteiros, que é algo "perigoso".

Em alguns casos passados usaram ponteiros e fizeram algumas gambiarras para obter eficiência, até mesmo o runtime tratar certas situações de forma diferente ou ter funções em C++ para fazer certas operações. Agora mudaram para Span sem perder performance, ganhando robustez, produtividade, sem contar com um ganho subjetivo de dog fooding.

Então o Span é uma forma de acessar uma porção da memória de forma mais eficiente e segura, sem usar ponteiros ou alocar no heap ou usar objetos não gerenciados. Se você precisa dessa eficiência no seu código ou vai colocar em um código usado por outras pessoas ou você mesmo onde a eficiência pode ser necessária, deve usar em vez de acessar de maneiras mais simples e que existem na linguagem desde o começo. O Span é uma forma de ponteiro mais seguro e simples, ainda que ligeiramente mais limitado, algo que o ponteiro de C# já é um pouco, comparando com C/C++.

Ele lembra um pouco as views que o C++ criou para dar mais robustez evitando o uso direto do ponteiro. Você pode usar o ponteiro e o resultado será o mesmo, em quase todas as situações, mas de forma menos segura.

Então se você não está pensando em usar um ponteiro em C# não precisa pensar em Span. Porém, será que não está perdendo uma oportunidade de melhorar a eficiência por não pensar em um ponteiro?

Novamente, a maioria dos programadores não ligam ou não precisam disso, mas se você estiver em uma situação assim, use o Span no lugar de um ponteiro, se isso for possível, nem sempre é e o ponteiro ainda pode ser necessário, em raros casos. Em alguns casos pode usar o Memory que serve para propósito semelhante, mas pode usar no heap.

Ambos permitem acessar qualquer porção de memória, de forma quase arbitrária, não importa onde ela esteja localizada, como um ponteiro poderia, mas de forma muito mais arbitrária. Para maioria dos fins é só essa estrutura que precisaria.

A documentação tem bons exemplos acessando arrays, strings, memória não gerenciada, etc. O que faltou justamente dizer lá de forma mais clara é que fazendo assim obtém-se mais eficiência mantendo a robustez, portanto é desnecessário pensar nisso se este não é o objetivo.

Não force o seu uso, se não estava pensando em ponteiro não precisa dele. Se for usá-lo provavelmente precisará pensar toda aplicação assim.

Cada dia mais o C#/.NET pode ser usado em lugares que antes só pensava em C++, inclusive os runtime (CLR) está sendo portado ou experimentado portar para o C#. O Roslyn está ficando mais rápido por causa disto. Com o novo modo para gerar código diretamente nativo está mais rápido e gera executáveis pequenos, ficando, não igual, mas competitivo com tecnologias das mais eficientes.

Não vou entrar na questão da memória porque tem diversas outras respostas que já falam disto, como a linkada na pergunta:

Coloquei no GitHub para referência futura.

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    Agora as próximas perguntas serão sobre "como usar o Span direito?" :D Commented 13/10/2022 às 15:11

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