C# 中居然也有切片語法糖，太厲害了

一：背景

1. 講故事

昨天在 github 上準備找找 C# 9 又有哪些新語法糖可以試用，不覺在一個文檔上看到一個很奇怪的寫法: ?foreach (var item in myArray[0..5])?哈哈，熟悉又陌生，玩過python的朋友對這個?[0..5]?太熟悉不過了，居然在 C# 中也遇到了，開心哈，看了下是 C# 8 的新語法，諷刺諷刺，8 都沒玩熟就搞 9 了，我的探索欲比較強，總想看看這玩意底層是由什么支撐的。

二：.. 語法糖的用法

從前面介紹的?myArray[0..5]?語義上也能看出，這是一個切分array的操作，那到底有幾種切分方式呢？下面一個一個來介紹，為了方便演示，我先定義一個數(shù)組，代碼如下：

var?myarr?=?new?string[]?{?"10",?"20",?"30",?"40",?"50",?"60",?"70",?"80",?"90",?"100"?};

1. 提取 arr 前3個元素

如果用 linq 的話，可以用 Take(3)，用切片操作的話就是 [0..3]， 代碼如下：

????????static?void?Main(string[]?args)
????????{
????????????var?myarr?=?new?string[]?{?"10",?"20",?"30",?"40",?"50",?"60",?"70",?"80",?"90",?"100"?};

????????????//1.?獲取數(shù)組?前3個元素
????????????var?query1?=?myarr[0..3];

????????????var?query2?=?myarr.Take(3).ToList();

????????????Console.WriteLine($"query1={string.Join(",",?query1)}");
????????????Console.WriteLine($"query2={string.Join(",",?query2)}");
????????}

2. 提取 arr 最后三個元素

這個怎么提取呢？在 python 中直接用 -3 表示就可以了，在C# 中需要用 ^ 來表示從末尾開始，代碼如下：

????????static?void?Main(string[]?args)
????????{
????????????var?myarr?=?new?string[]?{?"10",?"20",?"30",?"40",?"50",?"60",?"70",?"80",?"90",?"100"?};

????????????//1.?獲取數(shù)組?最后3個元素
????????????var?query1?=?myarr[^3..];

????????????var?query2?=?myarr.Skip(myarr.Length?-?3).ToList();

????????????Console.WriteLine($"query1={string.Join(",",?query1)}");
????????????Console.WriteLine($"query2={string.Join(",",?query2)}");
????????}

3. 提取 array 中index = 4，5，6 的三個位置元素

用 linq 的話，就需要使用?Skip + Take?雙組合，如果用切片操作的話就太簡單了。。。

????????static?void?Main(string[]?args)
????????{
????????????var?myarr?=?new?string[]?{?"10",?"20",?"30",?"40",?"50",?"60",?"70",?"80",?"90",?"100"?};

????????????//1.?獲取數(shù)組?中?index=4,5,6?三個位置的元素
????????????var?query1?=?myarr[4..7];

????????????var?query2?=?myarr.Skip(4).Take(3).ToList();

????????????Console.WriteLine($"query1={string.Join(",",?query1)}");
????????????Console.WriteLine($"query2={string.Join(",",?query2)}");
????????}

從上面的切割區(qū)間?[4..7]?的輸出結果來看，這是一個?左閉右開?的區(qū)間，所以要特別注意一下。

4. 獲取 array 中倒數(shù)第三和第二個元素

從要求上來看就是獲取元素 80 和 90，如果你理解了前面的兩個用法，我相信這個你會很快的寫出來，代碼如下：

????????static?void?Main(string[]?args)
????????{
????????????var?myarr?=?new?string[]?{?"10",?"20",?"30",?"40",?"50",?"60",?"70",?"80",?"90",?"100"?};

????????????//1.?獲取?array?中倒數(shù)第三和第二個元素
????????????var?query1?=?myarr[^3..^1];

????????????var?query2?=?myarr.Skip(myarr.Length?-?3).Take(2).ToList();

????????????Console.WriteLine($"query1={string.Join(",",?query1)}");
????????????Console.WriteLine($"query2={string.Join(",",?query2)}");
????????}

三. 探究原理

通過前面 4 個例子，我想大家都知道怎么玩了，接下來就是看看到底內(nèi)部是用什么做支撐的，這里使用 DnSpy 去挖挖看。

1. 從 myarr[0..3] 看起

用 dnspy 反編譯代碼如下：

????
????//編譯前
????var?query1?=?myarr[0..3];

????//編譯后：
?string[]?query?=?RuntimeHelpers.GetSubArray<string>(myarr,?new?Range(0,?3));

從編譯后的代碼可以看出，原來獲取切片的 array 是調(diào)用?RuntimeHelpers.GetSubArray?得到了，然后我簡化一下這個方法，代碼如下：

????????public?static?T[]?GetSubArray<[Nullable(2)]?T>(T[]?array,?Range?range)
????????{
????????????ValueTuple<int,?int>?offsetAndLength?=?range.GetOffsetAndLength(array.Length);
????????????int?item?=?offsetAndLength.Item1;
????????????int?item2?=?offsetAndLength.Item2;
????????????T[]?array3?=?new?T[item2];
????????????Buffer.Memmove(Unsafe.As<byte,?T>(array3.GetRawSzArrayData()),?Unsafe.Add(Unsafe.As<byte,?T>(array.GetRawSzArrayData()),?item),?(ulong)item2);
????????????return?array3;
????????}

從上面代碼可以看到，最后的 子array 是由?Buffer.Memmove?完成的，但是給 子array 的切割位置是由 ?GetOffsetAndLength?方法實現(xiàn)，繼續(xù)追一下代碼：

?public?readonly?struct?Range?:?IEquatable
????{???
????????public?Index?Start?{?get;?}
????????public?Index?End?{?get;?}

??public?Range(Index?start,?Index?end)
??{
???this.Start?=?start;
???this.End?=?end;
??}

????????public?ValueTuple<int,?int>?GetOffsetAndLength(int?length)
????????{
????????????Index?start?=?this.Start;
????????????int?num;
????????????if?(start.IsFromEnd)
????????????{
????????????????num?=?length?-?start.Value;
????????????}
????????????else
????????????{
????????????????num?=?start.Value;
????????????}
????????????Index?end?=?this.End;
????????????int?num2;
????????????if?(end.IsFromEnd)
????????????{
????????????????num2?=?length?-?end.Value;
????????????}
????????????else
????????????{
????????????????num2?=?end.Value;
????????????}
????????????return?new?ValueTuple<int,?int>(num,?num2?-?num);
????????}
????}

看完上面的代碼，你可能有兩點疑惑：

1) start.IsFromEnd 和 end.IsFromEnd 是什么意思。

其實看完上面代碼邏輯，你就明白了，IsFromEnd 表示起始點是從左開始還是從右邊開始，就這么簡單。

2) 我并沒有看到 start.IsFromEnd 和 end.IsFromEnd 是怎么賦上值的。

在 Index 類的構造函數(shù)中，取決于上一層怎么去 new Index 的時候塞入的 true 或者 false，如下代碼：

這個例子的流程大概是：new Range(1,3) -> operator Index(int value) -> FromStart(value) -> new Index(value)?，可以看到最后在 new 的時候并沒有對可選參數(shù)賦值。

2. 探究 myarr[^3..]

剛才的例子是沒有對可選參數(shù)賦值，那看看本例是不是 new Index 的時候賦值了?

//編譯前：
var?query1?=?myarr[^3..];

//編譯后：
string[]?query?=?RuntimeHelpers.GetSubArray<string>(myarr,?Range.StartAt(new?Index(3,?true)));

看到?jīng)]有，這一次 new Index 的時候，給了 IsFromEnd = true , 表示從末尾開始計算，大家再結合剛才的 ?GetOffsetAndLength 方法，我想這邏輯你應該理順了吧。

四：總結

總的來說這個切片操作太實用了，作用于 arr 可以大幅度減少對 skip & take 的使用，作用于 string 也可以大幅減少 SubString 的使用，如："12345"[1..3]?-> ?"12345".Substring(1, 2)，嘿嘿，厲害了吧！還是C# 大法??