मेमोरी और स्पैन पीटी। 2

स्पैन <टी> उपयोग के उदाहरण

स्वभाव से एक मानव पूरी तरह से एक निश्चित साधन के उद्देश्य को नहीं समझ सकता है जब तक कि उसे कुछ अनुभव प्राप्त न हो। तो, आइए कुछ उदाहरणों की ओर मुड़ें।

ValueStringBuilder

एल्गोरिदम के संबंध में सबसे दिलचस्प उदाहरणों में से एक है ValueStringBuilder प्रकार। हालांकि, यह mscorlib के अंदर गहरे दफन है और internal संशोधक के साथ कई अन्य बहुत ही दिलचस्प डेटा प्रकारों के रूप में चिह्नित है। इसका मतलब है कि अगर हम mscorlib स्रोत कोड पर शोध नहीं करते हैं तो हमें अनुकूलन के लिए यह उल्लेखनीय साधन नहीं मिलेगा।

StringBuilder सिस्टम प्रकार का मुख्य नुकसान क्या है? इसका मुख्य दोष प्रकार और इसका आधार है - यह एक संदर्भ प्रकार है और यह char[] , अर्थात् एक चरित्र सरणी पर आधारित है। कम से कम, इसका मतलब दो चीजें हैं: हम वैसे भी ढेर का उपयोग करते हैं (हालांकि ज्यादा नहीं) और सीपीयू नकदी को याद करने की संभावना बढ़ जाती है।

StringBuilder साथ एक और मुद्दा जो मैंने सामना किया है वह छोटे तारों का निर्माण है, जब कि परिणामी स्ट्रिंग कम होना चाहिए जैसे कि 100 वर्णों से कम। लघु प्रारूपण प्रदर्शन पर मुद्दों को उठाता है।

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  $"{x} is in range [{min};{max}]" 

यह किस हद तक StringBuilder माध्यम से मैनुअल निर्माण से भी बदतर है? उत्तर हमेशा स्पष्ट नहीं होता है। यह निर्माण की जगह और इस पद्धति को कॉल करने की आवृत्ति पर निर्भर करता है। प्रारंभ में, string.Format आंतरिक StringBuilder लिए स्मृति आवंटित करता है जो वर्णों की एक सरणी बनाएगा (SourceString.Length + args.Length * 8)। यदि सरणी निर्माण के दौरान यह पता चलता है कि लंबाई गलत तरीके से निर्धारित की गई थी, तो बाकी निर्माण के लिए एक और StringBuilder बनाया जाएगा। इससे एकल लिंक्ड सूची का निर्माण होगा। नतीजतन, इसे निर्मित स्ट्रिंग को वापस करना होगा जिसका अर्थ है एक और प्रतिलिपि। वह बेकार है। यह बहुत अच्छा होगा यदि हम ढेर पर एक गठित स्ट्रिंग के सरणी को आवंटित करने से छुटकारा पा सकते हैं: यह हमारी समस्याओं में से एक को हल करेगा।

आइए इस प्रकार को mscorlib की गहराई से देखें:

ValueStringBuilder वर्ग
/ src / mscorlib / साझा / प्रणाली / पाठ / ValueStringBuilder

  internal ref struct ValueStringBuilder { // this field will be active if we have too many characters private char[] _arrayToReturnToPool; // this field will be the main private Span<char> _chars; private int _pos; // the type accepts the buffer from the outside, delegating the choice of its size to a calling party public ValueStringBuilder(Span<char> initialBuffer) { _arrayToReturnToPool = null; _chars = initialBuffer; _pos = 0; } public int Length { get => _pos; set { int delta = value - _pos; if (delta > 0) { Append('\0', delta); } else { _pos = value; } } } // Here we get the string by copying characters from the array into another array public override string ToString() { var s = new string(_chars.Slice(0, _pos)); Clear(); return s; } // To insert a required character into the middle of the string //you should add space into the characters of that string and then copy that character public void Insert(int index, char value, int count) { if (_pos > _chars.Length - count) { Grow(count); } int remaining = _pos - index; _chars.Slice(index, remaining).CopyTo(_chars.Slice(index + count)); _chars.Slice(index, count).Fill(value); _pos += count; } [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)] public void Append(char c) { int pos = _pos; if (pos < _chars.Length) { _chars[pos] = c; _pos = pos + 1; } else { GrowAndAppend(c); } } [MethodImpl(MethodImplOptions.NoInlining)] private void GrowAndAppend(char c) { Grow(1); Append(c); } // If the original array passed by the constructor wasn't enough // we allocate an array of a necessary size from the pool of free arrays // It would be ideal if the algorithm considered // discreteness of array size to avoid pool fragmentation. [MethodImpl(MethodImplOptions.NoInlining)] private void Grow(int requiredAdditionalCapacity) { Debug.Assert(requiredAdditionalCapacity > _chars.Length - _pos); char[] poolArray = ArrayPool<char>.Shared.Rent(Math.Max(_pos + requiredAdditionalCapacity, _chars.Length * 2)); _chars.CopyTo(poolArray); char[] toReturn = _arrayToReturnToPool; _chars = _arrayToReturnToPool = poolArray; if (toReturn != null) { ArrayPool<char>.Shared.Return(toReturn); } } [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)] private void Clear() { char[] toReturn = _arrayToReturnToPool; this = default; // for safety, to avoid using pooled array if this instance is erroneously appended to again if (toReturn != null) { ArrayPool<char>.Shared.Return(toReturn); } } // Missing methods: the situation is crystal clear private void AppendSlow(string s); public bool TryCopyTo(Span<char> destination, out int charsWritten); public void Append(string s); public void Append(char c, int count); public unsafe void Append(char* value, int length); public Span<char> AppendSpan(int length); } 

यह वर्ग कार्यात्मक रूप से अपने वरिष्ठ साथी StringBuilder समान है, हालांकि एक दिलचस्प और बहुत महत्वपूर्ण विशेषता है: यह एक मूल्य प्रकार है। इसका मतलब है कि यह पूरी तरह से मूल्य द्वारा संग्रहीत और पारित किया गया है। इसके अलावा, एक नया ref प्रकार संशोधक, जो एक प्रकार की घोषणा हस्ताक्षर का एक हिस्सा है, यह दर्शाता है कि इस प्रकार में एक अतिरिक्त बाधा है: इसे केवल स्टैक पर आवंटित किया जा सकता है। मेरा मतलब है कि कक्षा क्षेत्रों में इसके उदाहरणों को पारित करने से त्रुटि पैदा होगी। यह सब किस चीज के लिए है? इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, आपको बस StringBuilder वर्ग को देखने की आवश्यकता है, जिसका सार हमने अभी वर्णित किया है:

StringBuilder वर्ग /src/mscorlib/src/System/Text/StringBuilder.cs

 public sealed class StringBuilder : ISerializable { // A StringBuilder is internally represented as a linked list of blocks each of which holds // a chunk of the string. It turns out string as a whole can also be represented as just a chunk, // so that is what we do. internal char[] m_ChunkChars; // The characters in this block internal StringBuilder m_ChunkPrevious; // Link to the block logically before this block internal int m_ChunkLength; // The index in m_ChunkChars that represent the end of the block internal int m_ChunkOffset; // The logical offset (sum of all characters in previous blocks) internal int m_MaxCapacity = 0; // ... internal const int DefaultCapacity = 16; 

StringBuilder एक वर्ग है जिसमें वर्णों की एक सरणी का संदर्भ होता है। इस प्रकार, जब आप इसे बनाते हैं, तो वास्तव में दो ऑब्जेक्ट दिखाई देते हैं: StringBuilder और पात्रों की एक सरणी जो आकार में कम से कम 16 अक्षर है। यही कारण है कि यह एक स्ट्रिंग की अपेक्षित लंबाई निर्धारित करने के लिए आवश्यक है: यह 16 अक्षरों में से प्रत्येक के साथ सरणियों की एकल लिंक सूची उत्पन्न करके बनाया जाएगा। स्वीकार करते हैं, यह एक बेकार है। ValueStringBuilder प्रकार के संदर्भ में, इसका मतलब कोई डिफ़ॉल्ट capacity नहीं capacity , क्योंकि यह बाहरी मेमोरी को उधार लेता है। इसके अलावा, यह एक मूल्य प्रकार है, और यह उपयोगकर्ता को स्टैक पर पात्रों के लिए एक बफर आवंटित करता है। इस प्रकार, एक प्रकार का पूरा उदाहरण अपनी सामग्री के साथ ढेर पर रखा जाता है और अनुकूलन का मुद्दा हल किया जाता है। जैसे हीप पर मेमोरी आवंटित करने की आवश्यकता नहीं है, ढेर के साथ काम करते समय प्रदर्शन में कमी के साथ कोई समस्या नहीं है। तो, आपके पास एक प्रश्न हो सकता है: हम हमेशा ValueStringBuilder (या इसके कस्टम एनालॉग का उपयोग क्यों नहीं करते क्योंकि हम मूल का उपयोग नहीं कर सकते क्योंकि यह आंतरिक है)? उत्तर है: यह एक कार्य पर निर्भर करता है। क्या परिणामस्वरूप स्ट्रिंग का एक निश्चित आकार होगा? क्या इसकी अधिकतम ज्ञात लंबाई होगी? यदि आप "हां" का जवाब देते हैं और यदि स्ट्रिंग उचित सीमाओं से अधिक नहीं है, तो आप स्ट्रिंगब्यूस्ट के मान संस्करण का उपयोग कर सकते हैं। हालाँकि, यदि आप लंबे स्ट्रिंग्स की अपेक्षा करते हैं, तो सामान्य संस्करण का उपयोग करें।

ValueListBuilder

 internal ref partial struct ValueListBuilder<T> { private Span<T> _span; private T[] _arrayFromPool; private int _pos; public ValueListBuilder(Span<T> initialSpan) { _span = initialSpan; _arrayFromPool = null; _pos = 0; } public int Length { get; set; } public ref T this[int index] { get; } [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)] public void Append(T item); public ReadOnlySpan<T> AsSpan(); [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)] public void Dispose(); private void Grow(); } 

दूसरे प्रकार का डेटा जिसे मैं विशेष रूप से नोट करना चाहता हूं वह है ValueListBuilder प्रकार। इसका उपयोग तब किया जाता है जब आपको थोड़े समय के लिए तत्वों का संग्रह बनाने और प्रसंस्करण के लिए एक एल्गोरिथ्म को पास करने की आवश्यकता होती है।

स्वीकार करते हैं, यह कार्य ValueStringBuilder कार्य के समान है। और इसे इसी तरह से हल किया जाता है:

फ़ाइल ValueListBuilder.cs coreclr / src /../ सामान्य / ValueListBuilder.cs

इसे स्पष्ट रूप से कहने के लिए, ये स्थितियां अक्सर होती हैं। हालाँकि, पहले हमने इस मुद्दे को दूसरे तरीके से हल किया। हम एक List बनाते थे, उसे डेटा से भरते थे और उसका संदर्भ खो देते थे। यदि विधि को अक्सर कहा जाता है, तो यह एक दुखद स्थिति को जन्म देगा: कई List उदाहरण (और संबद्ध सरणियाँ) ढेर पर निलंबित हो जाते हैं। अब यह समस्या हल हो गई है: कोई अतिरिक्त ऑब्जेक्ट नहीं बनाए जाएंगे। हालाँकि, ValueStringBuilder मामले में यह केवल Microsoft प्रोग्रामर के लिए हल किया गया है: इस वर्ग में internal संशोधक है।

नियम और उपयोग अभ्यास

नए प्रकार के डेटा को पूरी तरह से समझने के लिए आपको इसके साथ दो या तीन या बेहतर तरीके से लिखने की आवश्यकता है जो इसका उपयोग करते हैं। हालाँकि, अभी मुख्य नियम सीखना संभव है:

• यदि आपकी विधि कुछ इनपुट डेटासेट को उसके आकार को बदले बिना संसाधित करती है, तो आप Span प्रकार से चिपकने का प्रयास कर सकते हैं। यदि आप बफर को संशोधित नहीं करने जा रहे हैं, तो ReadOnlySpan प्रकार चुनें;
• यदि आपकी विधि कुछ आँकड़ों की गणना करने वाले तारों को संभालती है या इन तारों को पार्स कर रही है, तो इसे ReadOnlySpan<char> को स्वीकार करना चाहिए । नया नियम होना चाहिए। क्योंकि जब आप एक स्ट्रिंग स्वीकार करते हैं, तो आप किसी को आपके लिए एक विकल्प बनाते हैं;
• यदि आपको किसी विधि के लिए एक छोटा डेटा सरणी (10 kB से अधिक नहीं) बनाने की आवश्यकता है, तो आप आसानी से Span<TType> buf = stackalloc TType[size] का उपयोग करके व्यवस्था कर सकते हैं। ध्यान दें कि TType एक मूल्य प्रकार होना चाहिए क्योंकि stackalloc केवल मूल्य प्रकारों के साथ काम करता है।

अन्य मामलों में, आप बेहतर Memory पर करीब से देखेंगे या क्लासिक डेटा प्रकारों का उपयोग करेंगे।

स्पैन कैसे काम करता है?

मैं कुछ अतिरिक्त शब्द कहना चाहूंगा कि Span कैसे कार्य करता है और यह क्यों उल्लेखनीय है। और कुछ बात करनी है। इस प्रकार के डेटा के दो संस्करण हैं: एक .NET कोर 2.0+ के लिए और दूसरा शेष के लिए।

फ़ाइल Span.Fast.cs, .NET कोर 2.0 coreclr /... / सिस्टम / Span.Fast.cs **

 public readonly ref partial struct Span<T> { /// A reference to a .NET object or a pure pointer internal readonly ByReference<T> _pointer; /// The length of the buffer based on the pointer private readonly int _length; // ... } 

फ़ाइल ??? [Decompiled]

 public ref readonly struct Span<T> { private readonly System.Pinnable<T> _pinnable; private readonly IntPtr _byteOffset; private readonly int _length; // ... } 

बात यह है कि विशाल .NET फ्रेमवर्क और .NET कोर 1. * में कूड़े के संग्राहक को एक विशेष तरीके से अद्यतन नहीं किया गया है (.NET कोर 2.0+ के विपरीत) और उन्हें बफर की शुरुआत में एक अतिरिक्त सूचक का उपयोग करना होगा का उपयोग करें। इसका मतलब है, कि आंतरिक रूप से Span प्रबंधित .NET ऑब्जेक्ट्स को संभालता है जैसे कि वे अप्रबंधित हैं। बस संरचना के दूसरे संस्करण को देखें: इसके तीन क्षेत्र हैं। पहले वाला एक manged ऑब्जेक्ट का संदर्भ है। इस ऑब्जेक्ट की शुरुआत से दूसरा एक बाइट्स में ऑफसेट है, जिसका उपयोग डेटा बफर की शुरुआत को परिभाषित करने के लिए किया जाता है (इस स्ट्रिंग्स में char वर्ण होते हैं जबकि सरणियों में इसमें एक सरणी का डेटा होता है)। अंत में, तीसरे क्षेत्र में एक पंक्ति में रखी गई बफर में तत्वों की मात्रा होती है।

आइए देखें कि Span कैसे संभालता है, उदाहरण के लिए:

फ़ाइल मेमोरीएक्स्टेंशन.फ़ास्ट.स्क
coreclr /../ MemoryExtensions.Fast.cs

 public static ReadOnlySpan<char> AsSpan(this string text) { if (text == null) return default; return new ReadOnlySpan<char>(ref text.GetRawStringData(), text.Length); } 

जहां string.GetRawStringData() निम्नलिखित तरीके से दिखता है:

फ़ील्ड की परिभाषा के साथ एक फ़ाइल coreclr /../ सिस्टम / String.CoreCLR.cs

GetRawStringData coreclr /../ सिस्टम / String.cs की परिभाषा के साथ एक फ़ाइल

 public sealed partial class String : IComparable, IEnumerable, IConvertible, IEnumerable<char>, IComparable<string>, IEquatable<string>, ICloneable { // // These fields map directly onto the fields in an EE StringObject. See object.h for the layout. // [NonSerialized] private int _stringLength; // For empty strings, this will be '\0' since // strings are both null-terminated and length prefixed [NonSerialized] private char _firstChar; internal ref char GetRawStringData() => ref _firstChar; } 

यह विधि को सीधे स्ट्रिंग के अंदर तक पहुंचाता है, जबकि ref char विनिर्देश जीसी के सक्रिय होने पर स्ट्रिंग के साथ इसे स्थानांतरित करके जीसी को एक अप्रबंधित संदर्भ को ट्रैक करने की अनुमति देता है।

एक ही बात सरणियों के साथ है: जब Span बनाया जाता है, तो कुछ आंतरिक जेआईटी कोड डेटा सरणी की शुरुआत के लिए ऑफसेट की गणना करता है और इस ऑफसेट के साथ Span को इनिशियलाइज़ करता है। जिस तरह से आप स्ट्रिंग्स और सरणियों के लिए ऑफसेट की गणना कर सकते हैं, उस पर स्मृति ((। \ ObjectsStructure.md) में वस्तुओं की संरचना के बारे में अध्याय में चर्चा की गई थी।

दिए गए मान के रूप में स्पैन <टी>

सभी सद्भाव के बावजूद, Span में एक विधि से वापसी पर कुछ तार्किक लेकिन अप्रत्याशित बाधाएं हैं। यदि हम निम्नलिखित कोड देखें:

 unsafe void Main() { var x = GetSpan(); } public Span<byte> GetSpan() { Span<byte> reff = new byte[100]; return reff; } 

हम देख सकते हैं कि यह तार्किक और अच्छा है। हालाँकि, यदि हम एक निर्देश को दूसरे के साथ प्रतिस्थापित करते हैं:

 unsafe void Main() { var x = GetSpan(); } public Span<byte> GetSpan() { Span<byte> reff = stackalloc byte[100]; return reff; } 

एक कंपाइलर इसे प्रतिबंधित करेगा। इससे पहले कि मैं क्यों कहूं, मैं आपको यह अनुमान लगाना चाहूंगा कि यह निर्माण किन समस्याओं को लाता है।

खैर, मुझे आशा है कि आपने सोचा था, अनुमान लगाया था और शायद इसका कारण भी समझा होगा। यदि हाँ, तो [थ्रेड स्टैक] (./hreadStack.md) के बारे में एक विस्तृत अध्याय लिखने के मेरे प्रयासों का भुगतान किया गया। क्योंकि जब आप अपने काम को पूरा करने वाली विधि से स्थानीय चर का संदर्भ देते हैं, तो आप किसी अन्य विधि को कॉल कर सकते हैं, तब तक प्रतीक्षा करें जब तक कि वह अपना काम पूरा न कर ले, और फिर x [0.99] का उपयोग करके उन स्थानीय चर के मूल्यों को पढ़ें।

सौभाग्य से, जब हम इस तरह के कोड को चेतावनी देकर हमारी कलाई पर CS8352 Cannot use local 'reff' in this context because it may expose referenced variables outside of their declaration scope देने का प्रयास करते हैं: CS8352 Cannot use local 'reff' in this context because it may expose referenced variables outside of their declaration scope । कंपाइलर सही है क्योंकि यदि आप इस त्रुटि को बायपास करते हैं, तो एक मौका होगा, जबकि एक प्लग-इन में, दूसरों के पासवर्ड चोरी करने या हमारे प्लग-इन को चलाने के लिए विशेषाधिकारों को बढ़ाने के लिए।

यह अध्याय रूसी से संयुक्त रूप से लेखक द्वारा और पेशेवर अनुवादकों द्वारा अनुवादित किया गया था । आप रूसी या अंग्रेजी से किसी अन्य भाषा में अनुवाद करने में हमारी मदद कर सकते हैं, मुख्यतः चीनी या जर्मन में।

इसके अलावा, यदि आप हमें धन्यवाद देना चाहते हैं, तो आप सबसे अच्छा तरीका यह कर सकते हैं कि हमें गितुब पर एक स्टार देना है या रिपॉजिटरी को फोर्क करना है github / sidristij / dotnetbook ।