c# - C# for-loop 和 Array.Fill 之间的性能差异
问题描述
我已经使用以下基准实现了BenchmarkDotNet
:
public class ForVsFillVsEnumerable
{
private bool[] data;
[Params(10, 100, 1000)]
public int N;
[GlobalSetup]
public void Setup()
{
data = new bool[N];
}
[Benchmark]
public void Fill()
{
Array.Fill(data, true);
}
[Benchmark]
public void For()
{
for (int i = 0; i < data.Length; i++)
{
data[i] = true;
}
}
[Benchmark]
public void EnumerableRepeat()
{
data = Enumerable.Repeat(true, N).ToArray();
}
}
结果是:
BenchmarkDotNet=v0.11.3, OS=Windows 10.0.17763.195 (1809/October2018Update/Redstone5)
Intel Core i7-8700K CPU 3.70GHz (Coffee Lake), 1 CPU, 12 logical and 6 physical cores
.NET Core SDK=2.2.200-preview-009648
[Host] : .NET Core 2.2.0 (CoreCLR 4.6.27110.04, CoreFX 4.6.27110.04), 64bit RyuJIT
Core : .NET Core 2.2.0 (CoreCLR 4.6.27110.04, CoreFX 4.6.27110.04), 64bit RyuJIT
Job=Core Runtime=Core
Method | N | Mean | Error | StdDev | Median | Ratio | Rank |
----------------- |----- |-----------:|-----------:|------------:|-----------:|------:|-----:|
Fill | 10 | 3.675 ns | 0.2550 ns | 0.7150 ns | 3.331 ns | 1.00 | 1 |
| | | | | | | |
For | 10 | 6.615 ns | 0.3928 ns | 1.1581 ns | 6.056 ns | 1.00 | 1 |
| | | | | | | |
EnumerableRepeat | 10 | 25.388 ns | 1.0451 ns | 2.9307 ns | 24.170 ns | 1.00 | 1 |
| | | | | | | |
Fill | 100 | 50.557 ns | 2.0766 ns | 6.1229 ns | 46.690 ns | 1.00 | 1 |
| | | | | | | |
For | 100 | 64.330 ns | 4.0058 ns | 11.8111 ns | 59.442 ns | 1.00 | 1 |
| | | | | | | |
EnumerableRepeat | 100 | 81.784 ns | 4.2407 ns | 12.5039 ns | 75.937 ns | 1.00 | 1 |
| | | | | | | |
Fill | 1000 | 447.016 ns | 15.4420 ns | 45.5312 ns | 420.239 ns | 1.00 | 1 |
| | | | | | | |
For | 1000 | 589.243 ns | 51.3450 ns | 151.3917 ns | 495.177 ns | 1.00 | 1 |
| | | | | | | |
EnumerableRepeat | 1000 | 519.124 ns | 21.3580 ns | 62.9746 ns | 505.573 ns | 1.00 | 1 |
最初我猜测它Array.Fill
做了一些优化,使其性能优于for
-loop,但后来我检查了 . NET Core 源代码,可以看到Array.Fill
实现非常简单:
public static void Fill<T>(T[] array, T value)
{
if (array == null)
{
ThrowHelper.ThrowArgumentNullException(ExceptionArgument.array);
}
for (int i = 0; i < array.Length; i++)
{
array[i] = value;
}
}
性能已经足够接近了,但它仍然似乎Fill
始终比它快一点,for
即使在引擎盖下它是完全相同的代码。你能解释一下为什么吗?还是我只是错误地阅读了结果?
解决方案
我很惊讶Enumerable.Repeat()
,与我最初的想法相反,它的扩展性很好。无论如何,回答你的问题:当你使用For()
你重复访问一个班级成员而打电话时Array.Fill()
你只获得一次它的地址。
我更惊讶的是编译器没有检测到 - 并优化 - 而是读取一个类成员的值,你需要ldarg.0
获取它的值,this
然后ldfld ForVsFillVsEnumerable.data
获取它的实际地址。在ForVsFillVsEnumerable.Fill()
此只调用一次Array.Fill()
。
你可以检查这个编写你自己的填充函数:
[Benchmark]
public void For2()
{
ForImpl(data);
}
private static void ForImpl(bool[] data)
{
for (int i = 0; i < data.Length; i++)
{
data[i] = true;
}
}
注意 1:无论性能如何,使用库函数总是更好,因为它可能会受益于未来的优化(例如,他们可能决定添加特定的重载Array.Fill()
并使用本机代码实现它们,其中 - 对于某些架构 - 一个普通的memset()
非常快)。
注意 2:如果循环代码非常小(而且很快),我会避免使用小向量(10 或 100 个项目)测量任何东西,因为设置适当的测试环境以可靠地测量几纳秒的差异非常困难。我认为 1000(甚至 100,000)是最低限度的开始(即使在这种情况下,很多其他的东西也会起到相关的作用......)除非你的实际用例是 10/100......in在那种情况下,我会尝试测量一个更大的算法,其中这种差异更加明显(如果不是那么你不应该关心)。