“as”和可空类型的性能惊喜

Question

“as”和可空类型的性能惊喜

我刚刚修改了深度C＃的第4章，它处理了可空类型，我正在添加一个关于使用“as”运算符的部分，它允许你编写：

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

我认为这非常简洁，它可以提高性能而不是C＃1等效，使用“is”后跟一个演员 - 毕竟，这样我们只需要请求动态类型检查一次，然后进行简单的值检查。

然而，情况似乎并非如此。我在下面包含了一个示例测试应用程序，它基本上对对象数组中的所有整数求和 - 但该数组包含许多空引用和字符串引用以及盒装整数。该基准测试您必须在C＃1中使用的代码，使用“as”运算符的代码，以及用于踢LINQ解决方案的代码。令我惊讶的是，在这种情况下，C＃1代码的速度提高了20倍 - 即使是LINQ代码（考虑到所涉及的迭代器，我预计它会更慢）也胜过“as”代码。

可以isinst为空的类型的.NET实现真的很慢吗？是unbox.any导致问题的附加因素吗？还有另一种解释吗？目前，我觉得我必须在性能敏感的情况下包含警告，禁止使用它...

结果：

演员：10000000：121 
As：10000000：2211 
LINQ：10000000：2143

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);
    }

Answer 1

显然，JIT编译器可以为第一种情况生成的机器代码更加高效。一个真正有用的规则是，只能将对象取消装箱到与盒装值具有相同类型的变量。这允许JIT编译器生成非常有效的代码，不必考虑任何值转换。的就是运营商的测试很容易，只要检查对象是不是null，而是预期的类型的，但需要一些机器代码指令。转换也很简单，JIT编译器知道对象中值位的位置并直接使用它们。没有复制或转换，所有机器代码都是内联的，只需要十几条指令。当拳击很常见时，这需要在.NET 1.0中真正有效。转为int？需要做更多的工作。盒装整数的值表示与内存布局不兼容Nullable<int>。由于可能的盒装枚举类型，需要进行转换并且代码很棘手。JIT编译器生成对名为JIT_Unbox_Nullable的CLR帮助函数的调用，以完成工作。这是任何值类型的通用函数，有很多代码用于检查类型。并且值被复制。由于此代码被锁定在mscorwks.dll中，因此很难估算成本，但很可能有数百条机器代码指令。Linq OfType（）扩展方法也使用了is运算符和强制转换。然而，这是对通用类型的强制转换。JIT编译器生成对辅助函数JIT_Unbox（）的调用，该函数可以执行强制转换为任意值类型。我没有一个很好的解释，为什么它与演员一样慢Nullable<int>，因为应该做的工作少。我怀疑ngen.exe可能会在这里造成麻烦。

Answer 2

这是上面的FindSumWithAsAndHas的结果：&nbsp;这是FindSumWithCast的结果：&nbsp;发现：使用时as，首先测试一个对象是否是Int32的一个实例;&nbsp;它正在使用isinst Int32（它类似于手写代码：if（o是int））。并且使用时as，它也无条件地拆除对象。而且它是一个真正的性能杀手来称呼一个属性（它仍然是引擎盖下的一个功能），IL_0027使用强制转换，首先测试对象是否为int&nbsp;if (o is int);&nbsp;在引擎盖下这是使用isinst Int32。如果它是int的实例，那么您可以安全地取消装入值IL_002D简单地说，这是使用as方法的伪代码：int?&nbsp;x;(x.HasValue,&nbsp;x.Value)&nbsp;=&nbsp;(o&nbsp;isinst&nbsp;Int32,&nbsp;o&nbsp;unbox&nbsp;Int32)if&nbsp;(x.HasValue) &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;sum&nbsp;+=&nbsp;x.Value;这是使用强制转换方法的伪代码：if&nbsp;(o&nbsp;isinst&nbsp;Int32) &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;sum&nbsp;+=&nbsp;(o&nbsp;unbox&nbsp;Int32)所以演员表（(int)a[i]好吧，语法看起来像一个演员，但实际上是拆箱，演员和拆箱共享相同的语法，下次我会用正确的术语迂腐）方法真的更快，你只需要取消装箱值当一个物体明确地是一个int。使用as方法不能说同样的事情。