详解c# 切片语法糖

一：背景

1. 讲故事

昨天在 github 上准备找找 C# 9 又有哪些新语法糖可以试用，不觉在一个文档上看到一个很奇怪的写法: foreach (var item in myArray[0..5]) 哈哈，熟悉又陌生，玩过python的朋友对这个 [0..5] 太熟悉不过了，居然在 C# 中也遇到了，开心哈，看了下是 C# 8 的新语法，讽刺讽刺，8 都没玩熟就搞 9 了，我的探索欲比较强，总想看看这玩意底层是由什么支撑的。

二：.. 语法糖的用法

从前面介绍的 myArray[0..5] 语义上也能看出，这是一个切分array的操作，那到底有几种切分方式呢？ 下面一个一个来介绍，为了方便演示，我先定义一个数组，代码如下：

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

1. 提取 arr 前3个元素

如果用 linq 的话，可以用 Take(3)，用切片操作的话就是 [0..3]， 代码如下：

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

   //1. 获取数组 前3个元素
   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 最后三个元素

这个怎么提取呢？在 python 中直接用 -3 表示就可以了，在C# 中需要用 ^ 来表示从末尾开始，代码如下：

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

   //1. 获取数组 最后3个元素
   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 的三个位置元素

用 linq 的话，就需要使用 Skip + Take 双组合，如果用切片操作的话就太简单了。。。

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

   //1. 获取数组 中 index=4,5,6 三个位置的元素
   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)}");
  }

从上面的切割区间 [4..7] 的输出结果来看，这是一个 左闭右开 的区间，所以要特别注意一下。

4. 获取 array 中倒数第三和第二个元素

从要求上来看就是获取元素 80 和 90，如果你理解了前面的两个用法，我相信这个你会很快的写出来，代码如下：

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

   //1. 获取 array 中倒数第三和第二个元素
   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

通过前面 4 个例子，我想大家都知道怎么玩了，接下来就是看看到底内部是用什么做支撑的，这里使用 DnSpy 去挖挖看。

1. 从 myarr[0..3] 看起

用 dnspy 反编译代码如下：

 //编译前
 var query1 = myarr[0..3];

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

从编译后的代码可以看出，原来获取切片的 array 是调用 RuntimeHelpers.GetSubArray 得到了，然后我简化一下这个方法，代码如下：

  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<T>(Unsafe.As<byte, T>(array3.GetRawSzArrayData()), Unsafe.Add<T>(Unsafe.As<byte, T>(array.GetRawSzArrayData()), item), (ulong)item2);
   return array3;
  }

从上面代码可以看到，最后的 子array 是由 Buffer.Memmove 完成的，但是给 子array 的切割位置是由 GetOffsetAndLength 方法实现，继续追一下代码：

	public readonly struct Range : IEquatable<Range>
 {
  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);
  }
 }

看完上面的代码，你可能有两点疑惑：

1) start.IsFromEnd 和 end.IsFromEnd 是什么意思。
其实看完上面代码逻辑，你就明白了，IsFromEnd 表示起始点是从左开始还是从右边开始，就这么简单。

2) 我并没有看到 start.IsFromEnd 和 end.IsFromEnd 是怎么赋上值的。
在 Index 类的构造函数中，取决于上一层怎么去 new Index 的时候塞入的 true 或者 false，如下代码：

这个例子的流程大概是： new Range(1,3) -> operator Index(int value) -> FromStart(value) -> new Index(value) ，可以看到最后在 new 的时候并没有对可选参数赋值。

2. 探究 myarr[^3..]

刚才的例子是没有对可选参数赋值，那看看本例是不是 new Index 的时候赋值了?

//编译前：
var query1 = myarr[^3..];

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

看到没有，这一次 new Index 的时候，给了 IsFromEnd = true , 表示从末尾开始计算，大家再结合刚才的 GetOffsetAndLength 方法，我想这逻辑你应该理顺了吧。

四：总结

总的来说这个切片操作太实用了，作用于 arr 可以大幅度减少对 skip & take 的使用，作用于 string 也可以大幅减少 SubString 的使用，如："12345"[1..3] -> "12345".Substring(1, 2) ，嘿嘿，厉害了吧！ 还是C# 大法🐂👃

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