尝试加快我的代码？

我写了一些测试try-catch影响的代码，但看到了一些令人惊讶的结果。

static void Main(string[] args)
{
    Thread.CurrentThread.Priority = ThreadPriority.Highest;
    Process.GetCurrentProcess().PriorityClass = ProcessPriorityClass.RealTime;

    long start = 0, stop = 0, elapsed = 0;
    double avg = 0.0;

    long temp = Fibo(1);

    for (int i = 1; i < 100000000; i++)
    {
        start = Stopwatch.GetTimestamp();
        temp = Fibo(100);
        stop = Stopwatch.GetTimestamp();

        elapsed = stop - start;
        avg = avg + ((double)elapsed - avg) / i;
    }

    Console.WriteLine("Elapsed: " + avg);
    Console.ReadKey();
}

static long Fibo(int n)
{
    long n1 = 0, n2 = 1, fibo = 0;
    n++;

    for (int i = 1; i < n; i++)
    {
        n1 = n2;
        n2 = fibo;
        fibo = n1 + n2;
    }

    return fibo;
}

在我的计算机上，这始终打印出0.96左右的值。。

当我在Fibo（）中用try-catch块包装for循环时，如下所示：

static long Fibo(int n)
{
    long n1 = 0, n2 = 1, fibo = 0;
    n++;

    try
    {
        for (int i = 1; i < n; i++)
        {
            n1 = n2;
            n2 = fibo;
            fibo = n1 + n2;
        }
    }
    catch {}

    return fibo;
}

现在它总是打印出0.69……——实际上它跑得更快！但为什么？

注意：我使用Release配置编译了这个文件，并直接运行EXE文件（在Visual Studio外部）。

编辑：Jon Skeet的出色分析表明，try-catch在某种程度上导致了x86 CLR在这种特定情况下以更有利的方式使用CPU寄存器（我认为我们还不清楚原因）。我证实了Jon的发现，x64 CLR没有这种差异，而且它比x86 CLR更快。我还测试了在Fibo方法中使用int类型而不是长类型，然后x86CLR与x64 CLR一样快。

更新：Roslyn似乎已经解决了这个问题。相同的机器，相同的CLR版本——当使用VS 2013编译时，问题仍然如上所述，但当使用VS 2015编译时，该问题消失了。

当前回答

Jon的反汇编显示，这两个版本之间的区别在于，快速版本使用一对寄存器（esi、edi）来存储其中一个本地变量，而慢速版本没有。

JIT编译器对包含try-catch块的代码与不包含try-cack块的代码的寄存器使用进行了不同的假设。这导致它做出不同的寄存器分配选择。在这种情况下，这有利于使用try-catch块的代码。不同的代码可能会产生相反的效果，所以我不认为这是一种通用的加速技术。

最后，很难判断哪一个代码最终会运行得最快。像寄存器分配和影响它的因素都是如此低级的实现细节，以至于我看不出任何特定技术如何可靠地生成更快的代码。

例如，考虑以下两种方法。它们改编自现实生活中的一个例子：

interface IIndexed { int this[int index] { get; set; } }
struct StructArray : IIndexed { 
    public int[] Array;
    public int this[int index] {
        get { return Array[index]; }
        set { Array[index] = value; }
    }
}

static int Generic<T>(int length, T a, T b) where T : IIndexed {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < length; i++)
        sum += a[i] * b[i];
    return sum;
}
static int Specialized(int length, StructArray a, StructArray b) {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < length; i++)
        sum += a[i] * b[i];
    return sum;
}

一个是另一个的通用版本。用StructArray替换泛型类型将使方法相同。因为StructArray是一种值类型，所以它会获得自己的泛型方法的编译版本。然而，实际运行时间明显长于专用方法，但仅适用于x86。对于x64，时间几乎相同。在其他情况下，我也观察到x64的差异。

2012-01-19 18:27:59

其他回答

Jon的反汇编显示，这两个版本之间的区别在于，快速版本使用一对寄存器（esi、edi）来存储其中一个本地变量，而慢速版本没有。

例如，考虑以下两种方法。它们改编自现实生活中的一个例子：

interface IIndexed { int this[int index] { get; set; } }
struct StructArray : IIndexed { 
    public int[] Array;
    public int this[int index] {
        get { return Array[index]; }
        set { Array[index] = value; }
    }
}

static int Generic<T>(int length, T a, T b) where T : IIndexed {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < length; i++)
        sum += a[i] * b[i];
    return sum;
}
static int Specialized(int length, StructArray a, StructArray b) {
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < length; i++)
        sum += a[i] * b[i];
    return sum;
}

2012-01-19 18:27:59

9年后，这个bug仍然存在！您可以通过以下方式轻松查看：

   static void Main( string[] args )
    {
      int hundredMillion = 1000000;
      DateTime start = DateTime.Now;
      double sqrt;
      for (int i=0; i < hundredMillion; i++)
      {
        sqrt = Math.Sqrt( DateTime.Now.ToOADate() );
      }
      DateTime end = DateTime.Now;

      double sqrtMs = (end - start).TotalMilliseconds;

      Console.WriteLine( "Elapsed milliseconds: " + sqrtMs );

      DateTime start2 = DateTime.Now;

      double sqrt2;
      for (int i = 0; i < hundredMillion; i++)
      {
        try
        {
          sqrt2 = Math.Sqrt( DateTime.Now.ToOADate() );
        }
        catch (Exception e)
        {
          int br = 0;
        }
      }
      DateTime end2 = DateTime.Now;

      double sqrtMsTryCatch = (end2 - start2).TotalMilliseconds;

      Console.WriteLine( "Elapsed milliseconds: " + sqrtMsTryCatch );

      Console.WriteLine( "ratio is " + sqrtMsTryCatch / sqrtMs );

      Console.ReadLine();
    }

在我的机器上，运行最新版本的MSVS 2019，.NET 4.6.1，该比率小于1

2020-11-27 14:27:10

这看起来像是一个内联失效的例子。在x86内核上，抖动具有ebx、edx、esi和edi寄存器，可用于本地变量的通用存储。ecx寄存器在静态方法中变得可用，它不必存储它。eax寄存器通常用于计算。但这些是32位寄存器，对于long类型的变量，必须使用一对寄存器。其中edx:eax用于计算，edi:ebx用于存储。

这正是慢速版本拆解中的突出之处，既没有使用edi也没有使用ebx。

当抖动找不到足够的寄存器来存储本地变量时，它必须生成代码来从堆栈帧加载和存储它们。这会降低代码的速度，它阻止了名为“寄存器重命名”的处理器优化，这是一种内部处理器内核优化技巧，它使用寄存器的多个副本并允许超标量执行。这允许多条指令同时运行，即使它们使用相同的寄存器。没有足够的寄存器是x86内核上的一个常见问题，x64有8个额外的寄存器（r9到r15）。

抖动将尽力应用另一个代码生成优化，它将尝试内联您的Fibo（）方法。换句话说，不要调用该方法，而是在Main（）方法中内联生成该方法的代码。这是一个非常重要的优化，其中之一是免费创建C#类的财产，使其具有字段的性能。它避免了进行方法调用和设置堆栈帧的开销，节省了几纳秒。

有几个规则可以精确地确定何时可以内联方法。他们没有确切的记录，但在博客文章中有提及。一条规则是，当方法体太大时不会发生这种情况。这抵消了内联带来的好处，因为它生成了太多的代码，而这些代码并不适合一级指令缓存。这里适用的另一个硬性规则是，当方法包含try/catch语句时，它不会内联。其中的背景是异常的实现细节，它们附带了Windows对基于堆栈框架的SEH（结构异常处理）的内置支持。

寄存器分配算法在抖动中的一种行为可以从播放该代码中推断出来。它似乎知道抖动何时试图内联方法。它似乎使用的一条规则是，只有edx:eax寄存器对可以用于具有long类型局部变量的内联代码。但不是edi:ebx。毫无疑问，因为这对调用方法的代码生成太不利了，edi和ebx都是重要的存储寄存器。

所以您得到了快速版本，因为抖动提前知道方法体包含try/catch语句。它知道它永远不能内联，所以很容易使用edi:ebx存储长变量。你得到了慢版本，因为抖动事先不知道内联不起作用。它只在为方法体生成代码后才发现。

缺陷在于它没有返回并重新生成该方法的代码。考虑到运营所需的时间限制，这是可以理解的。

x64上不会出现这种速度减慢的情况，因为对于一个来说，它还有8个寄存器。另一个原因是它只能在一个寄存器中存储long（如rax）。当您使用int而不是long时，速度不会减慢，因为抖动在选择寄存器时具有更大的灵活性。

2012-08-03 10:42:14

一位专门了解堆栈使用优化的Roslyn工程师对此进行了研究，并向我报告，C#编译器生成本地变量存储的方式与JIT编译器在相应的x86代码中注册调度的方式之间的交互似乎存在问题。结果是在本地程序的加载和存储上生成次优代码。

由于我们大家都不清楚的某些原因，当JITter知道块位于try保护区域时，可以避免出现问题的代码生成路径。

这很奇怪。我们将与JITter团队一起跟进，看看是否可以输入一个bug，以便他们能够解决这个问题。

此外，我们正在为Roslyn改进C#和VB编译器的算法，以确定何时可以将局部变量设置为“临时”，即只在堆栈上推送和弹出，而不是在激活期间在堆栈上分配特定位置。我们相信，如果我们能更好地提示当地人何时可以更早地“死亡”，JITter将能够更好地完成登记分配工作。

感谢您提醒我们注意这一点，并对奇怪的行为表示歉意。

2012-01-20 20:14:47

嗯，你计时的方式在我看来很糟糕。只计时整个循环会更明智：

var stopwatch = Stopwatch.StartNew();
for (int i = 1; i < 100000000; i++)
{
    Fibo(100);
}
stopwatch.Stop();
Console.WriteLine("Elapsed time: {0}", stopwatch.Elapsed);

这样，您就不会受到微小计时、浮点运算和累积错误的影响。

进行了更改后，看看“非捕获”版本是否仍比“捕获”版本慢。

编辑：好吧，我自己也试过了，我也看到了同样的结果。非常奇怪。我想知道try/catch是否禁用了一些错误的内联，但改用[MethodImpl（MethodImplOptions.NoInlining）]没有帮助。。。

基本上，您需要查看cordbg下的优化JITted代码，我怀疑。。。

编辑：更多信息：

仅在n++周围进行尝试/捕获；这条线仍然提高了性能，但并没有把它放在整个街区如果你捕捉到一个特定的异常（我的测试中的ArgumentException），它仍然很快如果在catch块中打印异常，它仍然很快如果在catch块中重新抛出异常，那么它会再次变慢如果您使用finally块而不是catch块，那么速度会再次变慢如果你使用finally块和catch块，那么它很快

奇怪的

编辑：好的，我们有拆解。。。

这是使用C#编译器和.NET 2（32位）CLR，使用mdbg进行反汇编（因为我的机器上没有cordbg）。即使在调试器下，我仍然可以看到相同的性能效果。快速版本在变量声明和返回语句之间使用try块，只使用catch｛｝处理程序。显然，慢版本是相同的，除了没有try/catch。在这两种情况下，调用代码（即Main）都是相同的，并且具有相同的程序集表示（因此这不是内联问题）。

快速版本的分解代码：

 [0000] push        ebp
 [0001] mov         ebp,esp
 [0003] push        edi
 [0004] push        esi
 [0005] push        ebx
 [0006] sub         esp,1Ch
 [0009] xor         eax,eax
 [000b] mov         dword ptr [ebp-20h],eax
 [000e] mov         dword ptr [ebp-1Ch],eax
 [0011] mov         dword ptr [ebp-18h],eax
 [0014] mov         dword ptr [ebp-14h],eax
 [0017] xor         eax,eax
 [0019] mov         dword ptr [ebp-18h],eax
*[001c] mov         esi,1
 [0021] xor         edi,edi
 [0023] mov         dword ptr [ebp-28h],1
 [002a] mov         dword ptr [ebp-24h],0
 [0031] inc         ecx
 [0032] mov         ebx,2
 [0037] cmp         ecx,2
 [003a] jle         00000024
 [003c] mov         eax,esi
 [003e] mov         edx,edi
 [0040] mov         esi,dword ptr [ebp-28h]
 [0043] mov         edi,dword ptr [ebp-24h]
 [0046] add         eax,dword ptr [ebp-28h]
 [0049] adc         edx,dword ptr [ebp-24h]
 [004c] mov         dword ptr [ebp-28h],eax
 [004f] mov         dword ptr [ebp-24h],edx
 [0052] inc         ebx
 [0053] cmp         ebx,ecx
 [0055] jl          FFFFFFE7
 [0057] jmp         00000007
 [0059] call        64571ACB
 [005e] mov         eax,dword ptr [ebp-28h]
 [0061] mov         edx,dword ptr [ebp-24h]
 [0064] lea         esp,[ebp-0Ch]
 [0067] pop         ebx
 [0068] pop         esi
 [0069] pop         edi
 [006a] pop         ebp
 [006b] ret

慢速版本的已分解代码：

 [0000] push        ebp
 [0001] mov         ebp,esp
 [0003] push        esi
 [0004] sub         esp,18h
*[0007] mov         dword ptr [ebp-14h],1
 [000e] mov         dword ptr [ebp-10h],0
 [0015] mov         dword ptr [ebp-1Ch],1
 [001c] mov         dword ptr [ebp-18h],0
 [0023] inc         ecx
 [0024] mov         esi,2
 [0029] cmp         ecx,2
 [002c] jle         00000031
 [002e] mov         eax,dword ptr [ebp-14h]
 [0031] mov         edx,dword ptr [ebp-10h]
 [0034] mov         dword ptr [ebp-0Ch],eax
 [0037] mov         dword ptr [ebp-8],edx
 [003a] mov         eax,dword ptr [ebp-1Ch]
 [003d] mov         edx,dword ptr [ebp-18h]
 [0040] mov         dword ptr [ebp-14h],eax
 [0043] mov         dword ptr [ebp-10h],edx
 [0046] mov         eax,dword ptr [ebp-0Ch]
 [0049] mov         edx,dword ptr [ebp-8]
 [004c] add         eax,dword ptr [ebp-1Ch]
 [004f] adc         edx,dword ptr [ebp-18h]
 [0052] mov         dword ptr [ebp-1Ch],eax
 [0055] mov         dword ptr [ebp-18h],edx
 [0058] inc         esi
 [0059] cmp         esi,ecx
 [005b] jl          FFFFFFD3
 [005d] mov         eax,dword ptr [ebp-1Ch]
 [0060] mov         edx,dword ptr [ebp-18h]
 [0063] lea         esp,[ebp-4]
 [0066] pop         esi
 [0067] pop         ebp
 [0068] ret

在每种情况下，*都显示调试器在简单的“单步执行”中输入的位置。

编辑：好的，我现在已经看过了代码，我想我可以看到每个版本是如何工作的。。。我认为较慢的版本较慢，因为它使用更少的寄存器和更多的堆栈空间。对于较小的n值，这可能更快，但当循环占用大部分时间时，它会更慢。

可能try/catch块会强制保存和恢复更多的寄存器，所以JIT也会在循环中使用这些寄存器。。。这恰好提高了整体性能。目前还不清楚JIT不在“正常”代码中使用那么多寄存器是否合理。

编辑：刚刚在我的x64计算机上尝试过。在这段代码中，x64 CLR比x86 CLR快得多（大约快3-4倍），在x64下，try/catch块没有明显的区别。

2012-01-19 15:15:20

尝试加快我的代码？

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