我怎样才能做得快呢?
当然我可以这样做:
static bool ByteArrayCompare(byte[] a1, byte[] a2)
{
if (a1.Length != a2.Length)
return false;
for (int i=0; i<a1.Length; i++)
if (a1[i]!=a2[i])
return false;
return true;
}
但我正在寻找一个BCL函数或一些高度优化的已证明的方法来做到这一点。
java.util.Arrays.equals((sbyte[])(Array)a1, (sbyte[])(Array)a2);
工作得很好，但这似乎不适用于x64。
注意我的快速回答。
如果你不反对这样做，你可以导入j#程序集“vjslib.dll”并使用它的数组。= (byte[]， byte[])方法…
如果有人嘲笑你，不要怪我……
编辑:为了它的价值，我使用Reflector来反汇编代码，下面是它的样子:
public static bool equals(sbyte[] a1, sbyte[] a2)
{
if (a1 == a2)
{
return true;
}
if ((a1 != null) && (a2 != null))
{
if (a1.Length != a2.Length)
{
return false;
}
for (int i = 0; i < a1.Length; i++)
{
if (a1[i] != a2[i])
{
return false;
}
}
return true;
}
return false;
}
你可以使用Enumerable。SequenceEqual方法。
using System;
using System.Linq;
...
var a1 = new int[] { 1, 2, 3};
var a2 = new int[] { 1, 2, 3};
var a3 = new int[] { 1, 2, 4};
var x = a1.SequenceEqual(a2); // true
var y = a1.SequenceEqual(a3); // false
如果你因为某些原因不能使用. net 3.5，你的方法是可以的。 编译器运行时环境会优化你的循环，所以你不需要担心性能。
. net 3.5及更新版本有一个新的公共类型System.Data.Linq.Binary，它封装了byte[]。它实现了IEquatable<Binary>，(实际上)比较两个字节数组。注意System.Data.Linq.Binary也有来自byte[]的隐式转换运算符。
MSDN文档:System.Data.Linq.Binary
Equals方法的反射器反编译:
private bool EqualsTo(Binary binary)
{
if (this != binary)
{
if (binary == null)
{
return false;
}
if (this.bytes.Length != binary.bytes.Length)
{
return false;
}
if (this.hashCode != binary.hashCode)
{
return false;
}
int index = 0;
int length = this.bytes.Length;
while (index < length)
{
if (this.bytes[index] != binary.bytes[index])
{
return false;
}
index++;
}
}
return true;
}
有趣的是，只有当两个Binary对象的哈希值相同时，它们才会进行逐字节比较循环。然而，这是以在二进制对象的构造函数中计算哈希值为代价的(通过使用for loop:-)遍历数组)。
上述实现意味着，在最坏的情况下，您可能必须遍历数组三次:首先计算array1的哈希值，然后计算array2的哈希值，最后(因为这是最坏的情况，长度和哈希值相等)比较array1中的字节和数组2中的字节。
总的来说，即使System.Data.Linq.Binary被内置到BCL中，我不认为这是比较两个字节数组的最快方法:-|。
我想到了许多显卡内置的块传输加速方法。但是这样你就必须按字节复制所有的数据，所以如果你不想在非托管和依赖硬件的代码中实现你的整个逻辑，这对你没有多大帮助……
Another way of optimization similar to the approach shown above would be to store as much of your data as possible in a long[] rather than a byte[] right from the start, for example if you are reading it sequentially from a binary file, or if you use a memory mapped file, read in data as long[] or single long values. Then, your comparison loop will only need 1/8th of the number of iterations it would have to do for a byte[] containing the same amount of data. It is a matter of when and how often you need to compare vs. when and how often you need to access the data in a byte-by-byte manner, e.g. to use it in an API call as a parameter in a method that expects a byte[]. In the end, you only can tell if you really know the use case...
看看。net是如何处理字符串的。Equals，你可以看到它使用了一个叫做EqualsHelper的私有方法，它有一个“不安全”的指针实现。net Reflector是你的朋友，可以看到内部是如何完成的。
这可以用作字节数组比较的模板，我在博客文章中用c#快速字节数组比较中做了一个实现。我还做了一些基本的基准测试，看看什么时候安全的实现比不安全的实现更快。
也就是说，除非你真的需要杀手级的性能，否则我会选择简单的fr循环比较。
为了比较短的字节数组，下面是一个有趣的hack:
if(myByteArray1.Length != myByteArray2.Length) return false;
if(myByteArray1.Length == 8)
return BitConverter.ToInt64(myByteArray1, 0) == BitConverter.ToInt64(myByteArray2, 0);
else if(myByteArray.Length == 4)
return BitConverter.ToInt32(myByteArray2, 0) == BitConverter.ToInt32(myByteArray2, 0);
那么，我可能会转而考虑问题中列出的解决方案。
对这段代码进行性能分析会很有趣。
P/调用能力激活!
[DllImport("msvcrt.dll", CallingConvention=CallingConvention.Cdecl)]
static extern int memcmp(byte[] b1, byte[] b2, long count);
static bool ByteArrayCompare(byte[] b1, byte[] b2)
{
// Validate buffers are the same length.
// This also ensures that the count does not exceed the length of either buffer.
return b1.Length == b2.Length && memcmp(b1, b2, b1.Length) == 0;
}
using System.Linq; //SequenceEqual
byte[] ByteArray1 = null;
byte[] ByteArray2 = null;
ByteArray1 = MyFunct1();
ByteArray2 = MyFunct2();
if (ByteArray1.SequenceEqual<byte>(ByteArray2) == true)
{
MessageBox.Show("Match");
}
else
{
MessageBox.Show("Don't match");
}
net 4中有一个新的内置解决方案——IStructuralEquatable
static bool ByteArrayCompare(byte[] a1, byte[] a2)
{
return StructuralComparisons.StructuralEqualityComparer.Equals(a1, a2);
}
编辑:现代的快速方法是使用a1.SequenceEquals(a2)
用户gil提出了不安全的代码，产生了这个解决方案:
// Copyright (c) 2008-2013 Hafthor Stefansson
// Distributed under the MIT/X11 software license
// Ref: http://www.opensource.org/licenses/mit-license.php.
static unsafe bool UnsafeCompare(byte[] a1, byte[] a2) {
unchecked {
if(a1==a2) return true;
if(a1==null || a2==null || a1.Length!=a2.Length)
return false;
fixed (byte* p1=a1, p2=a2) {
byte* x1=p1, x2=p2;
int l = a1.Length;
for (int i=0; i < l/8; i++, x1+=8, x2+=8)
if (*((long*)x1) != *((long*)x2)) return false;
if ((l & 4)!=0) { if (*((int*)x1)!=*((int*)x2)) return false; x1+=4; x2+=4; }
if ((l & 2)!=0) { if (*((short*)x1)!=*((short*)x2)) return false; x1+=2; x2+=2; }
if ((l & 1)!=0) if (*((byte*)x1) != *((byte*)x2)) return false;
return true;
}
}
}
它对尽可能多的数组进行基于64位的比较。这依赖于数组以qword对齐开始的事实。它会工作，如果不是qword对齐，只是没有那么快，如果它是。
它比简单的“for”循环快了大约7个计时器。使用j#库执行相当于原来的' for '循环。使用.SequenceEqual会慢7倍左右;我想只是因为它使用了ienumerator。movenext。我认为基于linq的解决方案至少会这么慢，甚至更糟。
如果您正在寻找一个非常快速的字节数组相等比较器，我建议您看看STSdb Labs的这篇文章:字节数组相等比较器。它提供了byte[]数组相等比较的一些最快的实现，并进行了性能测试和总结。
你也可以关注这些实现:
bigendianbytearraycompararer -快速字节[]数组从左到右的比较器(BigEndian) bigendianbytearrayequalitycompararer - -快速字节[]从左到右的相等比较器(BigEndian) 从右到左的快速字节数组比较器(LittleEndian) littleendianbytearrayequalitycompararer -快速字节[]从右向左的相等比较器(LittleEndian)
简单的回答是:
public bool Compare(byte[] b1, byte[] b2)
{
return Encoding.ASCII.GetString(b1) == Encoding.ASCII.GetString(b2);
}
通过这种方式，您可以使用优化的. net字符串比较来进行字节数组比较，而不需要编写不安全的代码。这是它如何在后台完成的:
private unsafe static bool EqualsHelper(String strA, String strB)
{
Contract.Requires(strA != null);
Contract.Requires(strB != null);
Contract.Requires(strA.Length == strB.Length);
int length = strA.Length;
fixed (char* ap = &strA.m_firstChar) fixed (char* bp = &strB.m_firstChar)
{
char* a = ap;
char* b = bp;
// Unroll the loop
#if AMD64
// For the AMD64 bit platform we unroll by 12 and
// check three qwords at a time. This is less code
// than the 32 bit case and is shorter
// pathlength.
while (length >= 12)
{
if (*(long*)a != *(long*)b) return false;
if (*(long*)(a+4) != *(long*)(b+4)) return false;
if (*(long*)(a+8) != *(long*)(b+8)) return false;
a += 12; b += 12; length -= 12;
}
#else
while (length >= 10)
{
if (*(int*)a != *(int*)b) return false;
if (*(int*)(a+2) != *(int*)(b+2)) return false;
if (*(int*)(a+4) != *(int*)(b+4)) return false;
if (*(int*)(a+6) != *(int*)(b+6)) return false;
if (*(int*)(a+8) != *(int*)(b+8)) return false;
a += 10; b += 10; length -= 10;
}
#endif
// This depends on the fact that the String objects are
// always zero terminated and that the terminating zero is not included
// in the length. For odd string sizes, the last compare will include
// the zero terminator.
while (length > 0)
{
if (*(int*)a != *(int*)b) break;
a += 2; b += 2; length -= 2;
}
return (length <= 0);
}
}
我发布了一个类似的关于检查byte[]是否全是0的问题。(SIMD代码被打败了，所以我从这个答案中删除了它。)下面是我比较过的最快的代码:
static unsafe bool EqualBytesLongUnrolled (byte[] data1, byte[] data2)
{
if (data1 == data2)
return true;
if (data1.Length != data2.Length)
return false;
fixed (byte* bytes1 = data1, bytes2 = data2) {
int len = data1.Length;
int rem = len % (sizeof(long) * 16);
long* b1 = (long*)bytes1;
long* b2 = (long*)bytes2;
long* e1 = (long*)(bytes1 + len - rem);
while (b1 < e1) {
if (*(b1) != *(b2) || *(b1 + 1) != *(b2 + 1) ||
*(b1 + 2) != *(b2 + 2) || *(b1 + 3) != *(b2 + 3) ||
*(b1 + 4) != *(b2 + 4) || *(b1 + 5) != *(b2 + 5) ||
*(b1 + 6) != *(b2 + 6) || *(b1 + 7) != *(b2 + 7) ||
*(b1 + 8) != *(b2 + 8) || *(b1 + 9) != *(b2 + 9) ||
*(b1 + 10) != *(b2 + 10) || *(b1 + 11) != *(b2 + 11) ||
*(b1 + 12) != *(b2 + 12) || *(b1 + 13) != *(b2 + 13) ||
*(b1 + 14) != *(b2 + 14) || *(b1 + 15) != *(b2 + 15))
return false;
b1 += 16;
b2 += 16;
}
for (int i = 0; i < rem; i++)
if (data1 [len - 1 - i] != data2 [len - 1 - i])
return false;
return true;
}
}
测量两个256MB字节数组:
UnsafeCompare : 86,8784 ms
EqualBytesSimd : 71,5125 ms
EqualBytesSimdUnrolled : 73,1917 ms
EqualBytesLongUnrolled : 39,8623 ms
找不到一个我完全满意的解决方案(合理的性能，但没有不安全的代码/pinvoke)，所以我想出了这个，没有真正的原创，但工作:
/// <summary>
///
/// </summary>
/// <param name="array1"></param>
/// <param name="array2"></param>
/// <param name="bytesToCompare"> 0 means compare entire arrays</param>
/// <returns></returns>
public static bool ArraysEqual(byte[] array1, byte[] array2, int bytesToCompare = 0)
{
if (array1.Length != array2.Length) return false;
var length = (bytesToCompare == 0) ? array1.Length : bytesToCompare;
var tailIdx = length - length % sizeof(Int64);
//check in 8 byte chunks
for (var i = 0; i < tailIdx; i += sizeof(Int64))
{
if (BitConverter.ToInt64(array1, i) != BitConverter.ToInt64(array2, i)) return false;
}
//check the remainder of the array, always shorter than 8 bytes
for (var i = tailIdx; i < length; i++)
{
if (array1[i] != array2[i]) return false;
}
return true;
}
与本页上的其他解决方案相比，性能:
简单循环:19837滴答，1.00
*位收敛器:4886 ticks, 4.06
unsafcompare: 1636 ticks, 12.12
EqualBytesLongUnrolled: 637 tick, 31.09
P/Invoke memcmp: 369 ticks, 53.67
在linqpad上测试，1000000字节的相同数组(最坏的情况)，每个数组500次迭代。
我开发了一个方法，稍微击败memcmp() (plinth的答案)和非常轻微击败EqualBytesLongUnrolled() (Arek Bulski的答案)在我的PC上。基本上，它以4而不是8展开循环。
2019年3月30日更新：
从。net核心3.0开始，我们有了SIMD支持!
这个解决方案在我的PC上是最快的:
#if NETCOREAPP3_0
using System.Runtime.Intrinsics.X86;
#endif
…
public static unsafe bool Compare(byte[] arr0, byte[] arr1)
{
if (arr0 == arr1)
{
return true;
}
if (arr0 == null || arr1 == null)
{
return false;
}
if (arr0.Length != arr1.Length)
{
return false;
}
if (arr0.Length == 0)
{
return true;
}
fixed (byte* b0 = arr0, b1 = arr1)
{
#if NETCOREAPP3_0
if (Avx2.IsSupported)
{
return Compare256(b0, b1, arr0.Length);
}
else if (Sse2.IsSupported)
{
return Compare128(b0, b1, arr0.Length);
}
else
#endif
{
return Compare64(b0, b1, arr0.Length);
}
}
}
#if NETCOREAPP3_0
public static unsafe bool Compare256(byte* b0, byte* b1, int length)
{
byte* lastAddr = b0 + length;
byte* lastAddrMinus128 = lastAddr - 128;
const int mask = -1;
while (b0 < lastAddrMinus128) // unroll the loop so that we are comparing 128 bytes at a time.
{
if (Avx2.MoveMask(Avx2.CompareEqual(Avx.LoadVector256(b0), Avx.LoadVector256(b1))) != mask)
{
return false;
}
if (Avx2.MoveMask(Avx2.CompareEqual(Avx.LoadVector256(b0 + 32), Avx.LoadVector256(b1 + 32))) != mask)
{
return false;
}
if (Avx2.MoveMask(Avx2.CompareEqual(Avx.LoadVector256(b0 + 64), Avx.LoadVector256(b1 + 64))) != mask)
{
return false;
}
if (Avx2.MoveMask(Avx2.CompareEqual(Avx.LoadVector256(b0 + 96), Avx.LoadVector256(b1 + 96))) != mask)
{
return false;
}
b0 += 128;
b1 += 128;
}
while (b0 < lastAddr)
{
if (*b0 != *b1) return false;
b0++;
b1++;
}
return true;
}
public static unsafe bool Compare128(byte* b0, byte* b1, int length)
{
byte* lastAddr = b0 + length;
byte* lastAddrMinus64 = lastAddr - 64;
const int mask = 0xFFFF;
while (b0 < lastAddrMinus64) // unroll the loop so that we are comparing 64 bytes at a time.
{
if (Sse2.MoveMask(Sse2.CompareEqual(Sse2.LoadVector128(b0), Sse2.LoadVector128(b1))) != mask)
{
return false;
}
if (Sse2.MoveMask(Sse2.CompareEqual(Sse2.LoadVector128(b0 + 16), Sse2.LoadVector128(b1 + 16))) != mask)
{
return false;
}
if (Sse2.MoveMask(Sse2.CompareEqual(Sse2.LoadVector128(b0 + 32), Sse2.LoadVector128(b1 + 32))) != mask)
{
return false;
}
if (Sse2.MoveMask(Sse2.CompareEqual(Sse2.LoadVector128(b0 + 48), Sse2.LoadVector128(b1 + 48))) != mask)
{
return false;
}
b0 += 64;
b1 += 64;
}
while (b0 < lastAddr)
{
if (*b0 != *b1) return false;
b0++;
b1++;
}
return true;
}
#endif
public static unsafe bool Compare64(byte* b0, byte* b1, int length)
{
byte* lastAddr = b0 + length;
byte* lastAddrMinus32 = lastAddr - 32;
while (b0 < lastAddrMinus32) // unroll the loop so that we are comparing 32 bytes at a time.
{
if (*(ulong*)b0 != *(ulong*)b1) return false;
if (*(ulong*)(b0 + 8) != *(ulong*)(b1 + 8)) return false;
if (*(ulong*)(b0 + 16) != *(ulong*)(b1 + 16)) return false;
if (*(ulong*)(b0 + 24) != *(ulong*)(b1 + 24)) return false;
b0 += 32;
b1 += 32;
}
while (b0 < lastAddr)
{
if (*b0 != *b1) return false;
b0++;
b1++;
}
return true;
}
似乎EqualBytesLongUnrolled是上述建议中最好的。
被跳过的方法(Enumerable.SequenceEqual,StructuralComparisons.StructuralEqualityComparer.Equals)不是慢速的。在265MB的数组上，我测量了这个:
Host Process Environment Information:
BenchmarkDotNet.Core=v0.9.9.0
OS=Microsoft Windows NT 6.2.9200.0
Processor=Intel(R) Core(TM) i7-3770 CPU 3.40GHz, ProcessorCount=8
Frequency=3323582 ticks, Resolution=300.8802 ns, Timer=TSC
CLR=MS.NET 4.0.30319.42000, Arch=64-bit RELEASE [RyuJIT]
GC=Concurrent Workstation
JitModules=clrjit-v4.6.1590.0
Type=CompareMemoriesBenchmarks Mode=Throughput
Method | Median | StdDev | Scaled | Scaled-SD |
----------------------- |------------ |---------- |------- |---------- |
NewMemCopy | 30.0443 ms | 1.1880 ms | 1.00 | 0.00 |
EqualBytesLongUnrolled | 29.9917 ms | 0.7480 ms | 0.99 | 0.04 |
msvcrt_memcmp | 30.0930 ms | 0.2964 ms | 1.00 | 0.03 |
UnsafeCompare | 31.0520 ms | 0.7072 ms | 1.03 | 0.04 |
ByteArrayCompare | 212.9980 ms | 2.0776 ms | 7.06 | 0.25 |
OS=Windows
Processor=?, ProcessorCount=8
Frequency=3323582 ticks, Resolution=300.8802 ns, Timer=TSC
CLR=CORE, Arch=64-bit ? [RyuJIT]
GC=Concurrent Workstation
dotnet cli version: 1.0.0-preview2-003131
Type=CompareMemoriesBenchmarks Mode=Throughput
Method | Median | StdDev | Scaled | Scaled-SD |
----------------------- |------------ |---------- |------- |---------- |
NewMemCopy | 30.1789 ms | 0.0437 ms | 1.00 | 0.00 |
EqualBytesLongUnrolled | 30.1985 ms | 0.1782 ms | 1.00 | 0.01 |
msvcrt_memcmp | 30.1084 ms | 0.0660 ms | 1.00 | 0.00 |
UnsafeCompare | 31.1845 ms | 0.4051 ms | 1.03 | 0.01 |
ByteArrayCompare | 212.0213 ms | 0.1694 ms | 7.03 | 0.01 |
让我们再加一个!
最近微软发布了一个特殊的NuGet包System.Runtime.CompilerServices.Unsafe。它的特殊之处在于它是用IL编写的，并且提供了c#中无法直接使用的低级功能。
它的一个方法unsafety . as <T>(object)允许将任何引用类型转换为另一个引用类型，跳过任何安全检查。这通常是一个非常糟糕的主意，但如果两种类型具有相同的结构，它就可以工作。因此，我们可以使用这个函数将字节[]转换为长[]:
bool CompareWithUnsafeLibrary(byte[] a1, byte[] a2)
{
if (a1.Length != a2.Length) return false;
var longSize = (int)Math.Floor(a1.Length / 8.0);
var long1 = Unsafe.As<long[]>(a1);
var long2 = Unsafe.As<long[]>(a2);
for (var i = 0; i < longSize; i++)
{
if (long1[i] != long2[i]) return false;
}
for (var i = longSize * 8; i < a1.Length; i++)
{
if (a1[i] != a2[i]) return false;
}
return true;
}
注意long1。Length仍然会返回原始数组的长度，因为它存储在数组内存结构中的字段中。
这个方法没有这里演示的其他方法那么快，但它比朴素方法快得多，不使用不安全的代码或P/Invoke或固定，实现非常简单(IMO)。以下是我的机器上的一些BenchmarkDotNet结果:
BenchmarkDotNet=v0.10.3.0, OS=Microsoft Windows NT 6.2.9200.0
Processor=Intel(R) Core(TM) i7-4870HQ CPU 2.50GHz, ProcessorCount=8
Frequency=2435775 Hz, Resolution=410.5470 ns, Timer=TSC
[Host] : Clr 4.0.30319.42000, 64bit RyuJIT-v4.6.1637.0
DefaultJob : Clr 4.0.30319.42000, 64bit RyuJIT-v4.6.1637.0
Method | Mean | StdDev |
----------------------- |-------------- |---------- |
UnsafeLibrary | 125.8229 ns | 0.3588 ns |
UnsafeCompare | 89.9036 ns | 0.8243 ns |
JSharpEquals | 1,432.1717 ns | 1.3161 ns |
EqualBytesLongUnrolled | 43.7863 ns | 0.8923 ns |
NewMemCmp | 65.4108 ns | 0.2202 ns |
ArraysEqual | 910.8372 ns | 2.6082 ns |
PInvokeMemcmp | 52.7201 ns | 0.1105 ns |
我还为所有测试创建了一个要点。
几乎可以肯定，这个版本比这里给出的任何其他版本都要慢得多，但编写起来很有趣。
static bool ByteArrayEquals(byte[] a1, byte[] a2)
{
return a1.Zip(a2, (l, r) => l == r).All(x => x);
}
我使用附带的。net 4.7发布版本做了一些测量，没有附带调试器。我认为人们一直在使用错误的度量，因为如果你关心这里的速度，你所关心的是计算两个字节数组是否相等需要多长时间。即以字节为单位的吞吐量。
StructuralComparison : 4.6 MiB/s
for : 274.5 MiB/s
ToUInt32 : 263.6 MiB/s
ToUInt64 : 474.9 MiB/s
memcmp : 8500.8 MiB/s
正如你所看到的，没有比memcmp更好的方法了，而且它快了几个数量级。简单的for循环是次优选择。我仍然不明白为什么微软不能简单地包含一个缓冲区。比较方法。
[Program.cs]:
using System;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Linq;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
namespace memcmp
{
class Program
{
static byte[] TestVector(int size)
{
var data = new byte[size];
using (var rng = new System.Security.Cryptography.RNGCryptoServiceProvider())
{
rng.GetBytes(data);
}
return data;
}
static TimeSpan Measure(string testCase, TimeSpan offset, Action action, bool ignore = false)
{
var t = Stopwatch.StartNew();
var n = 0L;
while (t.Elapsed < TimeSpan.FromSeconds(10))
{
action();
n++;
}
var elapsed = t.Elapsed - offset;
if (!ignore)
{
Console.WriteLine($"{testCase,-16} : {n / elapsed.TotalSeconds,16:0.0} MiB/s");
}
return elapsed;
}
[DllImport("msvcrt.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
static extern int memcmp(byte[] b1, byte[] b2, long count);
static void Main(string[] args)
{
// how quickly can we establish if two sequences of bytes are equal?
// note that we are testing the speed of different comparsion methods
var a = TestVector(1024 * 1024); // 1 MiB
var b = (byte[])a.Clone();
// was meant to offset the overhead of everything but copying but my attempt was a horrible mistake... should have reacted sooner due to the initially ridiculous throughput values...
// Measure("offset", new TimeSpan(), () => { return; }, ignore: true);
var offset = TimeZone.Zero
Measure("StructuralComparison", offset, () =>
{
StructuralComparisons.StructuralEqualityComparer.Equals(a, b);
});
Measure("for", offset, () =>
{
for (int i = 0; i < a.Length; i++)
{
if (a[i] != b[i]) break;
}
});
Measure("ToUInt32", offset, () =>
{
for (int i = 0; i < a.Length; i += 4)
{
if (BitConverter.ToUInt32(a, i) != BitConverter.ToUInt32(b, i)) break;
}
});
Measure("ToUInt64", offset, () =>
{
for (int i = 0; i < a.Length; i += 8)
{
if (BitConverter.ToUInt64(a, i) != BitConverter.ToUInt64(b, i)) break;
}
});
Measure("memcmp", offset, () =>
{
memcmp(a, b, a.Length);
});
}
}
}
我在这里没有看到很多linq解决方案。
我不确定性能的影响，但我通常坚持linq作为经验法则，然后在必要时进行优化。
public bool CompareTwoArrays(byte[] array1, byte[] array2)
{
return !array1.Where((t, i) => t != array2[i]).Any();
}
请注意，这只适用于它们是相同大小的数组。 一个扩展可能是这样的
public bool CompareTwoArrays(byte[] array1, byte[] array2)
{
if (array1.Length != array2.Length) return false;
return !array1.Where((t, i) => t != array2[i]).Any();
}
Span<T>提供了一个极具竞争力的替代方案，而不必在您自己的应用程序的代码库中添加令人困惑和/或不可移植的错误:
// byte[] is implicitly convertible to ReadOnlySpan<byte>
static bool ByteArrayCompare(ReadOnlySpan<byte> a1, ReadOnlySpan<byte> a2)
{
return a1.SequenceEqual(a2);
}
. net 6.0.4的实现可以在这里找到。
我已经修改了@EliArbel的要点，将这个方法添加为SpansEqual，在其他人的基准测试中删除大多数不太有趣的性能，使用不同的数组大小运行它，输出图形，并将SpansEqual标记为基线，以便它报告不同的方法与SpansEqual相比如何。
以下数字来自结果，经过轻微编辑以删除“错误”一栏。
| Method | ByteCount | Mean | StdDev | Ratio | RatioSD |
|-------------- |----------- |-------------------:|----------------:|------:|--------:|
| SpansEqual | 15 | 2.074 ns | 0.0233 ns | 1.00 | 0.00 |
| LongPointers | 15 | 2.854 ns | 0.0632 ns | 1.38 | 0.03 |
| Unrolled | 15 | 12.449 ns | 0.2487 ns | 6.00 | 0.13 |
| PInvokeMemcmp | 15 | 7.525 ns | 0.1057 ns | 3.63 | 0.06 |
| | | | | | |
| SpansEqual | 1026 | 15.629 ns | 0.1712 ns | 1.00 | 0.00 |
| LongPointers | 1026 | 46.487 ns | 0.2938 ns | 2.98 | 0.04 |
| Unrolled | 1026 | 23.786 ns | 0.1044 ns | 1.52 | 0.02 |
| PInvokeMemcmp | 1026 | 28.299 ns | 0.2781 ns | 1.81 | 0.03 |
| | | | | | |
| SpansEqual | 1048585 | 17,920.329 ns | 153.0750 ns | 1.00 | 0.00 |
| LongPointers | 1048585 | 42,077.448 ns | 309.9067 ns | 2.35 | 0.02 |
| Unrolled | 1048585 | 29,084.901 ns | 428.8496 ns | 1.62 | 0.03 |
| PInvokeMemcmp | 1048585 | 30,847.572 ns | 213.3162 ns | 1.72 | 0.02 |
| | | | | | |
| SpansEqual | 2147483591 | 124,752,376.667 ns | 552,281.0202 ns | 1.00 | 0.00 |
| LongPointers | 2147483591 | 139,477,269.231 ns | 331,458.5429 ns | 1.12 | 0.00 |
| Unrolled | 2147483591 | 137,617,423.077 ns | 238,349.5093 ns | 1.10 | 0.00 |
| PInvokeMemcmp | 2147483591 | 138,373,253.846 ns | 288,447.8278 ns | 1.11 | 0.01 |
我很惊讶地看到SpansEqual没有在max-array-size方法中名列前茅，但差异是如此之小，我认为这不会有什么影响。在更新到。net 6.0.4和我的新硬件上运行后，SpansEqual现在在所有数组大小上都轻松优于其他所有数组。
我的系统信息:
BenchmarkDotNet=v0.13.1, OS=Windows 10.0.22000
AMD Ryzen 9 5900X, 1 CPU, 24 logical and 12 physical cores
.NET SDK=6.0.202
[Host] : .NET 6.0.4 (6.0.422.16404), X64 RyuJIT
DefaultJob : .NET 6.0.4 (6.0.422.16404), X64 RyuJIT
因为上面的许多花哨的解决方案都不能与UWP一起工作，而且因为我喜欢Linq和函数方法，所以我向您介绍我对这个问题的版本。 为了在出现第一个差异时避免比较，我选择了.FirstOrDefault()
public static bool CompareByteArrays(byte[] ba0, byte[] ba1) =>
!(ba0.Length != ba1.Length || Enumerable.Range(1,ba0.Length)
.FirstOrDefault(n => ba0[n] != ba1[n]) > 0);
受到ArekBulski发布的EqualBytesLongUnrolled方法的启发，我确定了一个附加优化的解决方案。在我的实例中，数组中的数组差异往往在数组的尾部附近。在测试中，我发现当这种情况发生在大型数组中时，能够以相反的顺序比较数组元素使这种解决方案比基于memcmp的解决方案获得了巨大的性能提升。下面是解决方案:
public enum CompareDirection { Forward, Backward }
private static unsafe bool UnsafeEquals(byte[] a, byte[] b, CompareDirection direction = CompareDirection.Forward)
{
// returns when a and b are same array or both null
if (a == b) return true;
// if either is null or different lengths, can't be equal
if (a == null || b == null || a.Length != b.Length)
return false;
const int UNROLLED = 16; // count of longs 'unrolled' in optimization
int size = sizeof(long) * UNROLLED; // 128 bytes (min size for 'unrolled' optimization)
int len = a.Length;
int n = len / size; // count of full 128 byte segments
int r = len % size; // count of remaining 'unoptimized' bytes
// pin the arrays and access them via pointers
fixed (byte* pb_a = a, pb_b = b)
{
if (r > 0 && direction == CompareDirection.Backward)
{
byte* pa = pb_a + len - 1;
byte* pb = pb_b + len - 1;
byte* phead = pb_a + len - r;
while(pa >= phead)
{
if (*pa != *pb) return false;
pa--;
pb--;
}
}
if (n > 0)
{
int nOffset = n * size;
if (direction == CompareDirection.Forward)
{
long* pa = (long*)pb_a;
long* pb = (long*)pb_b;
long* ptail = (long*)(pb_a + nOffset);
while (pa < ptail)
{
if (*(pa + 0) != *(pb + 0) || *(pa + 1) != *(pb + 1) ||
*(pa + 2) != *(pb + 2) || *(pa + 3) != *(pb + 3) ||
*(pa + 4) != *(pb + 4) || *(pa + 5) != *(pb + 5) ||
*(pa + 6) != *(pb + 6) || *(pa + 7) != *(pb + 7) ||
*(pa + 8) != *(pb + 8) || *(pa + 9) != *(pb + 9) ||
*(pa + 10) != *(pb + 10) || *(pa + 11) != *(pb + 11) ||
*(pa + 12) != *(pb + 12) || *(pa + 13) != *(pb + 13) ||
*(pa + 14) != *(pb + 14) || *(pa + 15) != *(pb + 15)
)
{
return false;
}
pa += UNROLLED;
pb += UNROLLED;
}
}
else
{
long* pa = (long*)(pb_a + nOffset);
long* pb = (long*)(pb_b + nOffset);
long* phead = (long*)pb_a;
while (phead < pa)
{
if (*(pa - 1) != *(pb - 1) || *(pa - 2) != *(pb - 2) ||
*(pa - 3) != *(pb - 3) || *(pa - 4) != *(pb - 4) ||
*(pa - 5) != *(pb - 5) || *(pa - 6) != *(pb - 6) ||
*(pa - 7) != *(pb - 7) || *(pa - 8) != *(pb - 8) ||
*(pa - 9) != *(pb - 9) || *(pa - 10) != *(pb - 10) ||
*(pa - 11) != *(pb - 11) || *(pa - 12) != *(pb - 12) ||
*(pa - 13) != *(pb - 13) || *(pa - 14) != *(pb - 14) ||
*(pa - 15) != *(pb - 15) || *(pa - 16) != *(pb - 16)
)
{
return false;
}
pa -= UNROLLED;
pb -= UNROLLED;
}
}
}
if (r > 0 && direction == CompareDirection.Forward)
{
byte* pa = pb_a + len - r;
byte* pb = pb_b + len - r;
byte* ptail = pb_a + len;
while(pa < ptail)
{
if (*pa != *pb) return false;
pa++;
pb++;
}
}
}
return true;
}
对于那些关心顺序的人(即希望你的memcmp返回一个int而不是什么都没有)，. net Core 3.0(以及。net Standard 2.1也就是。net 5.0)将包括一个Span.SequenceCompareTo(…)扩展方法(加上一个Span.SequenceEqualTo)，可以用来比较两个ReadOnlySpan<T>实例(其中T: IComparable<T>)。
在最初的GitHub提案中，讨论了与跳转表计算的方法比较，将字节[]读为长[]，SIMD使用，以及对CLR实现的memcmp的p/调用。
继续向前，这应该是您比较字节数组或字节范围的首选方法(对于. net Standard 2.1 api，应该使用Span<byte>而不是byte[])，并且它足够快，您应该不再关心优化它(不，尽管在名称上有相似之处，但它的性能不像可怕的Enumerable.SequenceEqual那样糟糕)。
#if NETCOREAPP3_0_OR_GREATER
// Using the platform-native Span<T>.SequenceEqual<T>(..)
public static int Compare(byte[] range1, int offset1, byte[] range2, int offset2, int count)
{
var span1 = range1.AsSpan(offset1, count);
var span2 = range2.AsSpan(offset2, count);
return span1.SequenceCompareTo(span2);
// or, if you don't care about ordering
// return span1.SequenceEqual(span2);
}
#else
// The most basic implementation, in platform-agnostic, safe C#
public static bool Compare(byte[] range1, int offset1, byte[] range2, int offset2, int count)
{
// Working backwards lets the compiler optimize away bound checking after the first loop
for (int i = count - 1; i >= 0; --i)
{
if (range1[offset1 + i] != range2[offset2 + i])
{
return false;
}
}
return true;
}
#endif
这与其他方法类似，但这里的不同之处在于，不存在我可以一次检查的下一个最高字节数，例如，如果我有63个字节(在我的SIMD示例中)，我可以检查前32个字节的相等性，然后是后32个字节，这比检查32个字节、16个字节、8个字节等等要快。您输入的第一个检查是比较所有字节所需要的唯一检查。
这确实在我的测试中名列前茅，但仅以微弱之差。
下面的代码正是我在airbreather/ArrayComparePerf.cs中测试它的方式。
public unsafe bool SIMDNoFallThrough() #requires System.Runtime.Intrinsics.X86
{
if (a1 == null || a2 == null)
return false;
int length0 = a1.Length;
if (length0 != a2.Length) return false;
fixed (byte* b00 = a1, b01 = a2)
{
byte* b0 = b00, b1 = b01, last0 = b0 + length0, last1 = b1 + length0, last32 = last0 - 31;
if (length0 > 31)
{
while (b0 < last32)
{
if (Avx2.MoveMask(Avx2.CompareEqual(Avx.LoadVector256(b0), Avx.LoadVector256(b1))) != -1)
return false;
b0 += 32;
b1 += 32;
}
return Avx2.MoveMask(Avx2.CompareEqual(Avx.LoadVector256(last0 - 32), Avx.LoadVector256(last1 - 32))) == -1;
}
if (length0 > 15)
{
if (Sse2.MoveMask(Sse2.CompareEqual(Sse2.LoadVector128(b0), Sse2.LoadVector128(b1))) != 65535)
return false;
return Sse2.MoveMask(Sse2.CompareEqual(Sse2.LoadVector128(last0 - 16), Sse2.LoadVector128(last1 - 16))) == 65535;
}
if (length0 > 7)
{
if (*(ulong*)b0 != *(ulong*)b1)
return false;
return *(ulong*)(last0 - 8) == *(ulong*)(last1 - 8);
}
if (length0 > 3)
{
if (*(uint*)b0 != *(uint*)b1)
return false;
return *(uint*)(last0 - 4) == *(uint*)(last1 - 4);
}
if (length0 > 1)
{
if (*(ushort*)b0 != *(ushort*)b1)
return false;
return *(ushort*)(last0 - 2) == *(ushort*)(last1 - 2);
}
return *b0 == *b1;
}
}
如果没有首选的SIMD，与现有的longpointer算法相同的方法:
public unsafe bool LongPointersNoFallThrough()
{
if (a1 == null || a2 == null || a1.Length != a2.Length)
return false;
fixed (byte* p1 = a1, p2 = a2)
{
byte* x1 = p1, x2 = p2;
int l = a1.Length;
if ((l & 8) != 0)
{
for (int i = 0; i < l / 8; i++, x1 += 8, x2 += 8)
if (*(long*)x1 != *(long*)x2) return false;
return *(long*)(x1 + (l - 8)) == *(long*)(x2 + (l - 8));
}
if ((l & 4) != 0)
{
if (*(int*)x1 != *(int*)x2) return false; x1 += 4; x2 += 4;
return *(int*)(x1 + (l - 4)) == *(int*)(x2 + (l - 4));
}
if ((l & 2) != 0)
{
if (*(short*)x1 != *(short*)x2) return false; x1 += 2; x2 += 2;
return *(short*)(x1 + (l - 2)) == *(short*)(x2 + (l - 2));
}
return *x1 == *x2;
}
}
