使用“as”和可空类型的性能惊喜

我只是在修改c#深度的第4章，它涉及到可空类型，我增加了一个关于使用“as”操作符的章节，它允许你这样写:

object o = ...;
int? x = o as int?;
if (x.HasValue)
{
    ... // Use x.Value in here
}

我认为这真的很整洁，它可以比c# 1的等效方法提高性能，使用“is”后面加强制转换——毕竟，这样我们只需要要求进行一次动态类型检查，然后进行简单的值检查。

This appears not to be the case, however. I've included a sample test app below, which basically sums all the integers within an object array - but the array contains a lot of null references and string references as well as boxed integers. The benchmark measures the code you'd have to use in C# 1, the code using the "as" operator, and just for kicks a LINQ solution. To my astonishment, the C# 1 code is 20 times faster in this case - and even the LINQ code (which I'd have expected to be slower, given the iterators involved) beats the "as" code.

对于可空类型的isinst的。net实现真的很慢吗?是额外的开箱。是什么导致了这个问题?还有其他解释吗?目前，我觉得我必须在对性能敏感的情况下使用此功能时提出警告……

结果:

演员:10000000:121 As: 10000000: 2211 Linq: 10000000: 2143

代码:

using System;
using System.Diagnostics;
using System.Linq;

class Test
{
    const int Size = 30000000;

    static void Main()
    {
        object[] values = new object[Size];
        for (int i = 0; i < Size - 2; i += 3)
        {
            values[i] = null;
            values[i+1] = "";
            values[i+2] = 1;
        }

        FindSumWithCast(values);
        FindSumWithAs(values);
        FindSumWithLinq(values);
    }

    static void FindSumWithCast(object[] values)
    {
        Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
        int sum = 0;
        foreach (object o in values)
        {
            if (o is int)
            {
                int x = (int) o;
                sum += x;
            }
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("Cast: {0} : {1}", sum, 
                          (long) sw.ElapsedMilliseconds);
    }

    static void FindSumWithAs(object[] values)
    {
        Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
        int sum = 0;
        foreach (object o in values)
        {
            int? x = o as int?;
            if (x.HasValue)
            {
                sum += x.Value;
            }
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("As: {0} : {1}", sum, 
                          (long) sw.ElapsedMilliseconds);
    }

    static void FindSumWithLinq(object[] values)
    {
        Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
        int sum = values.OfType<int>().Sum();
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("LINQ: {0} : {1}", sum, 
                          (long) sw.ElapsedMilliseconds);
    }
}

当前回答

这最初是对汉斯·帕桑的精彩回答的评论，但它太长了，所以我想在这里添加一些内容:

首先，c#的as操作符将发出一条isinst IL指令(is操作符也是如此)。(另一个有趣的指令是castclass，在执行直接强制转换时发出，编译器知道不能省略运行时检查。)

以下是isinst的功能(ECMA 335 Partition III, 4.6):

格式:isinst typeTok typeTok是一个元数据标记(typeref, typedef或typespec)，指示所需的类。如果typeTok是非空值类型或泛型参数类型，则将其解释为“盒装”typeTok。如果typeTok是一个可空类型，nullable <T>，它被解释为“盒装”T

最重要的是:

如果obj的实际类型(不是验证者跟踪的类型)是valider -assignable-to typeTok类型，那么isinst成功，obj(作为结果)不变地返回，而验证者跟踪它的类型为typeTok。与强制(§1.6)和转换(§3.27)不同，isinst永远不会改变对象的实际类型，并保持对象的同一性(见分区I)。

因此，在本例中，性能杀手不是isinst，而是额外的unbox.any。从汉斯的回答来看，这一点并不清楚，因为他只看了JITed代码。一般来说，c#编译器会发出一个解框。isinst T后面有什么?(但当T是引用类型时，如果执行isinst T将省略它)。

为什么会这样?isinst T ?从来没有明显的效果，即你得到了一个T?相反，所有这些说明都确保您有一个“盒装T”，可以打开盒装T?得到一个真正的T?那么，我们还需要把我们的“盒装T”打开吗?，这就是为什么编译器会发出一个解框。任何在isinst之后。如果你仔细想想，这是有道理的，因为T的“盒子格式”?只是一个“被装箱的T”，让castclass和isinst执行unbox将是不一致的。

用标准中的一些信息来支持Hans的发现，下面是:

(ECMA 335 Partition III, 4.33): unbox.any

当应用于值类型的盒装形式时，解盒装。任何指令提取obj中包含的值(类型为O)。(相当于unbox后跟ldobj。)当应用于引用类型时，解框。任何指令都具有与castclass typeTok相同的效果。

(ECMA 335 Partition III, 4.32):开箱

通常，unbox只是计算已装箱对象中已经存在的值类型的地址。当解装箱可空值类型时，这种方法是不可能的。由于在box操作期间Nullable<T>值被转换为盒装的T，因此实现通常必须在堆上生成一个新的Nullable<T>，并计算新分配对象的地址。

2011-08-15 09:50:41

其他回答

using System;
using System.Diagnostics;
using System.Linq;

class Test
{
    const int Size = 30000000;

    static void Main()
    {
        object[] values = new object[Size];
        for (int i = 0; i < Size - 2; i += 3)
        {
            values[i] = null;
            values[i + 1] = "";
            values[i + 2] = 1;
        }

        FindSumWithCast(values);
        FindSumWithAsAndHas(values);
        FindSumWithAsAndIs(values);


        FindSumWithIsThenAs(values);
        FindSumWithIsThenConvert(values);

        FindSumWithLinq(values);



        Console.ReadLine();
    }

    static void FindSumWithCast(object[] values)
    {
        Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
        int sum = 0;
        foreach (object o in values)
        {
            if (o is int)
            {
                int x = (int)o;
                sum += x;
            }
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("Cast: {0} : {1}", sum,
                          (long)sw.ElapsedMilliseconds);
    }

    static void FindSumWithAsAndHas(object[] values)
    {
        Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
        int sum = 0;
        foreach (object o in values)
        {
            int? x = o as int?;
            if (x.HasValue)
            {
                sum += x.Value;
            }
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("As and Has: {0} : {1}", sum,
                          (long)sw.ElapsedMilliseconds);
    }


    static void FindSumWithAsAndIs(object[] values)
    {
        Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
        int sum = 0;
        foreach (object o in values)
        {
            int? x = o as int?;
            if (o is int)
            {
                sum += x.Value;
            }
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("As and Is: {0} : {1}", sum,
                          (long)sw.ElapsedMilliseconds);
    }







    static void FindSumWithIsThenAs(object[] values)
    {
        // Apple-to-apple comparison with Cast routine above.
        // Using the similar steps in Cast routine above,
        // the AS here cannot be slower than Linq.



        Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
        int sum = 0;
        foreach (object o in values)
        {

            if (o is int)
            {
                int? x = o as int?;
                sum += x.Value;
            }
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("Is then As: {0} : {1}", sum,
                          (long)sw.ElapsedMilliseconds);
    }

    static void FindSumWithIsThenConvert(object[] values)
    {
        Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
        int sum = 0;
        foreach (object o in values)
        {            
            if (o is int)
            {
                int x = Convert.ToInt32(o);
                sum += x;
            }
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("Is then Convert: {0} : {1}", sum,
                          (long)sw.ElapsedMilliseconds);
    }



    static void FindSumWithLinq(object[] values)
    {
        Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
        int sum = values.OfType<int>().Sum();
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("LINQ: {0} : {1}", sum,
                          (long)sw.ElapsedMilliseconds);
    }
}

输出:

Cast: 10000000 : 456
As and Has: 10000000 : 2103
As and Is: 10000000 : 2029
Is then As: 10000000 : 1376
Is then Convert: 10000000 : 566
LINQ: 10000000 : 1811

(编辑:2010-06-19)

注意:之前的测试是在VS内部完成的，配置调试，使用VS2009，使用Core i7(公司开发机)。

以下是在我的机器上使用Core 2 Duo，使用VS2010完成的

Inside VS, Configuration: Debug

Cast: 10000000 : 309
As and Has: 10000000 : 3322
As and Is: 10000000 : 3249
Is then As: 10000000 : 1926
Is then Convert: 10000000 : 410
LINQ: 10000000 : 2018




Outside VS, Configuration: Debug

Cast: 10000000 : 303
As and Has: 10000000 : 3314
As and Is: 10000000 : 3230
Is then As: 10000000 : 1942
Is then Convert: 10000000 : 418
LINQ: 10000000 : 1944




Inside VS, Configuration: Release

Cast: 10000000 : 305
As and Has: 10000000 : 3327
As and Is: 10000000 : 3265
Is then As: 10000000 : 1942
Is then Convert: 10000000 : 414
LINQ: 10000000 : 1932




Outside VS, Configuration: Release

Cast: 10000000 : 301
As and Has: 10000000 : 3274
As and Is: 10000000 : 3240
Is then As: 10000000 : 1904
Is then Convert: 10000000 : 414
LINQ: 10000000 : 1936

2010-04-21 00:28:15

有趣的是，对于Nullable<T>(类似于早期的测试)，我通过dynamic传递了关于操作符支持的反馈——我怀疑是出于非常相似的原因。

爱上Nullable<T>。另一个有趣的是，即使JIT发现(并删除)非空结构的null，它也会对Nullable<T>使用它:

using System;
using System.Diagnostics;
static class Program {
    static void Main() { 
        // JIT
        TestUnrestricted<int>(1,5);
        TestUnrestricted<string>("abc",5);
        TestUnrestricted<int?>(1,5);
        TestNullable<int>(1, 5);

        const int LOOP = 100000000;
        Console.WriteLine(TestUnrestricted<int>(1, LOOP));
        Console.WriteLine(TestUnrestricted<string>("abc", LOOP));
        Console.WriteLine(TestUnrestricted<int?>(1, LOOP));
        Console.WriteLine(TestNullable<int>(1, LOOP));

    }
    static long TestUnrestricted<T>(T x, int loop) {
        Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();
        int count = 0;
        for (int i = 0; i < loop; i++) {
            if (x != null) count++;
        }
        watch.Stop();
        return watch.ElapsedMilliseconds;
    }
    static long TestNullable<T>(T? x, int loop) where T : struct {
        Stopwatch watch = Stopwatch.StartNew();
        int count = 0;
        for (int i = 0; i < loop; i++) {
            if (x != null) count++;
        }
        watch.Stop();
        return watch.ElapsedMilliseconds;
    }
}

2009-10-17 21:26:50

我尝试了准确的类型检查结构

typeof(int) == item. gettype()，它的执行速度与项目为int版本一样快，并且总是返回数字(强调:即使你向数组写入了Nullable<int>，你也需要使用typeof(int))。这里还需要一个额外的null !=项检查。

然而

typeof(int?) == item. gettype()保持较快(相对于item is int?)，但总是返回false。

在我看来，typef -construct是精确类型检查的最快方法，因为它使用了RuntimeTypeHandle。由于这种情况下的确切类型与nullable不匹配，我的猜测是，is/as必须在这里做额外的繁重工作，以确保它实际上是nullable类型的实例。

老实说:你的is Nullable<xxx> + HasValue给你买了什么?没什么。您总是可以直接转到基础(值)类型(在本例中)。你要么得到值，要么“不，不是你要的类型的实例”。即使您将(int?)null写入数组，类型检查也将返回false。

2010-06-19 10:01:21

这最初是对汉斯·帕桑的精彩回答的评论，但它太长了，所以我想在这里添加一些内容:

以下是isinst的功能(ECMA 335 Partition III, 4.6):

最重要的是:

用标准中的一些信息来支持Hans的发现，下面是:

(ECMA 335 Partition III, 4.33): unbox.any

(ECMA 335 Partition III, 4.32):开箱

2011-08-15 09:50:41

这是上面FindSumWithAsAndHas的结果:

这是FindSumWithCast的结果:

发现:

使用as，它首先测试对象是否是Int32的实例;实际上，它使用isinst Int32(这类似于手写的代码:if (o is int))。使用as，它也无条件地打开对象。调用属性IL_0027是真正的性能杀手(本质上它仍然是一个函数) 使用强制转换，首先测试object是否为int型if (o is int);这是在使用isinst Int32。如果它是int的实例，那么可以安全地将值IL_002D解箱

简单地说，这是使用方法的伪代码:

int? x;

(x.HasValue, x.Value) = (o isinst Int32, o unbox Int32)

if (x.HasValue)
    sum += x.Value;

这是使用强制转换方法的伪代码:

if (o isinst Int32)
    sum += (o unbox Int32)

所以强制转换((int)a[i]，语法看起来像强制转换，但实际上是解装箱，强制转换和解装箱的语法是一样的，下次我会用正确的术语来研究)方法真的更快，你只需要在对象是int类型时解装箱。同样的事情不能说使用as方法。

2010-06-19 14:04:30

使用“as”和可空类型的性能惊喜

推荐文章

最新文章

标签