Span / Memory 互轉技巧

• 字串與 char-span：
  • 取得：ReadOnlySpan<char> r = someString.AsSpan();
  • 建立字串：string newStr = new string(span); 或使用 string.Create(length, state, spanAction) 以避免額外中間分配的多次拷貝。
• 位元組視圖：MemoryMarshal.AsBytes<T>(span) 將 Span<T> 轉為 Span<byte>（注意對齊與相依型別安全性）。
• Encoding 支援 span overloads（在現代 .NET）：Encoding.UTF8.GetBytes(ReadOnlySpan<char> chars, Span<byte> bytes) 與 Encoding.UTF8.GetString(ReadOnlySpan<byte> bytes)。

像是以下例子，想要高效率 UTF-8 編碼到預先分配的 buffer

using System;
using System.Text;

Span<byte> outBuf = stackalloc byte[128];
ReadOnlySpan<char> text = "Hello 世界".AsSpan();
int written = Encoding.UTF8.GetBytes(text, outBuf);
// 現在 outBuf.Slice(0, written) 包含 UTF-8 bytes

要注意

• 嘗試把 Span<T> 放到類的欄位或用作 async/await 中的局部變數會導致編譯錯誤或不可預期的行為，編譯器會阻止這些用法。
• 使用 stackalloc 或來自非托管記憶體的 Span<T> 時要注意生命週期，千萬不要將資料引用回傳給呼叫端。若要回傳，可考慮 Memory<T> 搭配 MemoryPool。
• Memory<T>.Pin() 與 MemoryMarshal.GetReference() 可以在需要 pin 時使用，但務必在 fixed 或受控區塊內使用以避免 GC moving 導致的問題。

建議

1. 讀取/解析大量或頻繁的小資料請使用 Span<T> 來避免分配。若操作必須跨越非同步邊界，使用 Memory<T> + IMemoryOwner<T>（MemoryPool）。
2. 不要用 Substring 在熱路徑建立大量臨時字串，改用 ReadOnlySpan<char>。
3. 對 UTF-8 進行編碼/解碼時，優先使用 Encoding 的 span-overloads 以避免中間陣列。
4. 當需要把緩衝區傳給本機函式時，要 pin 記憶體並小心處理 lifetime，需要注意 prefer fixed + MemoryMarshal.GetReference 或 GCHandle。

像是我們可以用 Span 實作簡單的 CSV 欄位拆分，能達到同步、無分配

using System;

void PrintCsvFields(ReadOnlySpan<char> line)
{
        while (!line.IsEmpty)
        {
                int idx = line.IndexOf(',');
                if (idx == -1)
                {
                        Console.WriteLine(line.ToString());
                        break;
                }
                var field = line.Slice(0, idx);
                Console.WriteLine(field.ToString());
                line = line.Slice(idx + 1);
        }
}

PrintCsvFields("a,b,c,d".AsSpan());

在微軟設計中，字串提供了方便且不可變的字元序列表現，Span<T> 提供低延遲、零分配的同步操作視圖；Memory<T> 則是在需要可傳遞、長期保留或跨 async 邊界時的安全選擇。