c# - 在 .NET 中将 int 的数字分隔成数组的最快方法？

Question

我想将一个整数(比如 12345)的数字分隔成一个字节数组 {1,2,3,4,5}，但我想要最有效的方法来做到这一点，因为我的程序就是这样做的数百万次。

有什么建议吗？谢谢。

Answer 1

怎么样:

public static int[] ConvertToArrayOfDigits(int value)
{
    int size = DetermineDigitCount(value);
    int[] digits = new int[size];
    for (int index = size - 1; index >= 0; index--)
    {
        digits[index] = value % 10;
        value = value / 10;
    }
    return digits;
}

private static int DetermineDigitCount(int x)
{
    // This bit could be optimised with a binary search
    return x < 10 ? 1
         : x < 100 ? 2
         : x < 1000 ? 3
         : x < 10000 ? 4
         : x < 100000 ? 5
         : x < 1000000 ? 6
         : x < 10000000 ? 7
         : x < 100000000 ? 8
         : x < 1000000000 ? 9
         : 10;
}

请注意，这无法处理负数……您需要吗？

编辑:根据 Eric 的建议，这是一个内存 10000 以下结果的版本。如果您可以绝对保证不会更改返回数组的内容，则可以删除Clone 调用。它还具有减少确定“大”数字长度的检查次数的方便属性 - 无论如何小数字只会通过该代码一次:)

private static readonly int[][] memoizedResults = new int[10000][];

public static int[] ConvertToArrayOfDigits(int value)
{
    if (value < 10000)
    {
        int[] memoized = memoizedResults[value];
        if (memoized == null) {
            memoized = ConvertSmall(value);
            memoizedResults[value] = memoized;
        }
        return (int[]) memoized.Clone();
    }
    // We know that value >= 10000
    int size = value < 100000 ? 5
         : value < 1000000 ? 6
         : value < 10000000 ? 7
         : value < 100000000 ? 8
         : value < 1000000000 ? 9
         : 10;

    return ConvertWithSize(value, size);
}

private static int[] ConvertSmall(int value)
{
    // We know that value < 10000
    int size = value < 10 ? 1
             : value < 100 ? 2
             : value < 1000 ? 3 : 4;
    return ConvertWithSize(value, size);
}

private static int[] ConvertWithSize(int value, int size)
{
    int[] digits = new int[size];
    for (int index = size - 1; index >= 0; index--)
    {
        digits[index] = value % 10;
        value = value / 10;
    }
    return digits;
}

请注意，目前这并不是线程安全的。您可能需要添加一个内存屏障，以确保在单个结果中的写入可见之前，对记忆化结果的写入不可见。除非绝对必要，否则我已经放弃对这些事情进行推理。我相信您可以通过努力使其无锁，但如果您真的需要的话，您真的应该找一个非常聪明的人来这样做。

编辑:我刚刚意识到“大”案例可以利用“小”案例 - 将大数字分成两个小数字并使用内存结果。晚饭后我会试一试并写一个基准...

编辑:好的，准备好大量的代码了吗？我意识到至少对于 均匀随机 数字，您会比小数字更频繁地获得“大”数字 - 因此您需要为此进行优化。当然，实际数据可能并非如此，但无论如何......这意味着我现在以相反的顺序进行尺寸测试，希望首先获得大数字。

我有一个原始代码的基准测试，简单的内存，然后是极度展开的代码。

结果(以毫秒为单位):

Simple: 3168
SimpleMemo: 3061
UnrolledMemo: 1204

代码:

using System;
using System.Diagnostics;

class DigitSplitting
{
    static void Main()        
    {
        Test(Simple);
        Test(SimpleMemo);
        Test(UnrolledMemo);
    }

    const int Iterations = 10000000;

    static void Test(Func<int, int[]> candidate)
    {
        Random rng = new Random(0);
        Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
        for (int i = 0; i < Iterations; i++)
        {
            candidate(rng.Next());
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("{0}: {1}",
            candidate.Method.Name, (int) sw.ElapsedMilliseconds);            
    }

    #region Simple
    static int[] Simple(int value)
    {
        int size = DetermineDigitCount(value);
        int[] digits = new int[size];
        for (int index = size - 1; index >= 0; index--)
        {
            digits[index] = value % 10;
            value = value / 10;
        }
        return digits;
    }

    private static int DetermineDigitCount(int x)
    {
        // This bit could be optimised with a binary search
        return x < 10 ? 1
             : x < 100 ? 2
             : x < 1000 ? 3
             : x < 10000 ? 4
             : x < 100000 ? 5
             : x < 1000000 ? 6
             : x < 10000000 ? 7
             : x < 100000000 ? 8
             : x < 1000000000 ? 9
             : 10;
    }
    #endregion Simple    

    #region SimpleMemo
    private static readonly int[][] memoizedResults = new int[10000][];

    public static int[] SimpleMemo(int value)
    {
        if (value < 10000)
        {
            int[] memoized = memoizedResults[value];
            if (memoized == null) {
                memoized = ConvertSmall(value);
                memoizedResults[value] = memoized;
            }
            return (int[]) memoized.Clone();
        }
        // We know that value >= 10000
        int size = value >= 1000000000 ? 10
                 : value >= 100000000 ? 9
                 : value >= 10000000 ? 8
                 : value >= 1000000 ? 7
                 : value >= 100000 ? 6
                 : 5;

        return ConvertWithSize(value, size);
    }

    private static int[] ConvertSmall(int value)
    {
        // We know that value < 10000
        return value >= 1000 ? new[] { value / 1000, (value / 100) % 10,
                                           (value / 10) % 10, value % 10 }
              : value >= 100 ? new[] { value / 100, (value / 10) % 10, 
                                         value % 10 }
              : value >= 10 ? new[] { value / 10, value % 10 }
              : new int[] { value };
    }

    private static int[] ConvertWithSize(int value, int size)
    {
        int[] digits = new int[size];
        for (int index = size - 1; index >= 0; index--)
        {
            digits[index] = value % 10;
            value = value / 10;
        }
        return digits;
    }
    #endregion

    #region UnrolledMemo
    private static readonly int[][] memoizedResults2 = new int[10000][];
    private static readonly int[][] memoizedResults3 = new int[10000][];
    static int[] UnrolledMemo(int value)
    {
        if (value < 10000)
        {
            return (int[]) UnclonedConvertSmall(value).Clone();
        }
        if (value >= 1000000000)
        {
            int[] ret = new int[10];
            int firstChunk = value / 100000000;
            ret[0] = firstChunk / 10;
            ret[1] = firstChunk % 10;
            value -= firstChunk * 100000000;
            int[] secondChunk = ConvertSize4(value / 10000);
            int[] thirdChunk = ConvertSize4(value % 10000);
            ret[2] = secondChunk[0];
            ret[3] = secondChunk[1];
            ret[4] = secondChunk[2];
            ret[5] = secondChunk[3];
            ret[6] = thirdChunk[0];
            ret[7] = thirdChunk[1];
            ret[8] = thirdChunk[2];
            ret[9] = thirdChunk[3];
            return ret;
        } 
        else if (value >= 100000000)
        {
            int[] ret = new int[9];
            int firstChunk = value / 100000000;
            ret[0] = firstChunk;
            value -= firstChunk * 100000000;
            int[] secondChunk = ConvertSize4(value / 10000);
            int[] thirdChunk = ConvertSize4(value % 10000);
            ret[1] = secondChunk[0];
            ret[2] = secondChunk[1];
            ret[3] = secondChunk[2];
            ret[4] = secondChunk[3];
            ret[5] = thirdChunk[0];
            ret[6] = thirdChunk[1];
            ret[7] = thirdChunk[2];
            ret[8] = thirdChunk[3];
            return ret;
        }
        else if (value >= 10000000)
        {
            int[] ret = new int[8];
            int[] firstChunk = ConvertSize4(value / 10000);
            int[] secondChunk = ConvertSize4(value % 10000);
            ret[0] = firstChunk[0];
            ret[1] = firstChunk[0];
            ret[2] = firstChunk[0];
            ret[3] = firstChunk[0];
            ret[4] = secondChunk[0];
            ret[5] = secondChunk[1];
            ret[6] = secondChunk[2];
            ret[7] = secondChunk[3];
            return ret;
        }
        else if (value >= 1000000)
        {
            int[] ret = new int[7];
            int[] firstChunk = ConvertSize4(value / 10000);
            int[] secondChunk = ConvertSize4(value % 10000);
            ret[0] = firstChunk[1];
            ret[1] = firstChunk[2];
            ret[2] = firstChunk[3];
            ret[3] = secondChunk[0];
            ret[4] = secondChunk[1];
            ret[5] = secondChunk[2];
            ret[6] = secondChunk[3];
            return ret;
        }
        else if (value >= 100000)
        {
            int[] ret = new int[6];
            int[] firstChunk = ConvertSize4(value / 10000);
            int[] secondChunk = ConvertSize4(value % 10000);
            ret[0] = firstChunk[2];
            ret[1] = firstChunk[3];
            ret[2] = secondChunk[0];
            ret[3] = secondChunk[1];
            ret[4] = secondChunk[2];
            ret[5] = secondChunk[3];
            return ret;
        }
        else
        {
            int[] ret = new int[5];
            int[] chunk = ConvertSize4(value % 10000);
            ret[0] = value / 10000;
            ret[1] = chunk[0];
            ret[2] = chunk[1];
            ret[3] = chunk[2];
            ret[4] = chunk[3];
            return ret;
        }
    }

    private static int[] UnclonedConvertSmall(int value)
    {
        int[] ret = memoizedResults2[value];
        if (ret == null)
        {
            ret = value >= 1000 ? new[] { value / 1000, (value / 100) % 10,
                                           (value / 10) % 10, value % 10 }
              : value >= 100 ? new[] { value / 100, (value / 10) % 10, 
                                         value % 10 }
              : value >= 10 ? new[] { value / 10, value % 10 }
              : new int[] { value };
            memoizedResults2[value] = ret;
        }
        return ret;
    }

    private static int[] ConvertSize4(int value)
    {
        int[] ret = memoizedResults3[value];
        if (ret == null)
        {
            ret = new[] { value / 1000, (value / 100) % 10,
                         (value / 10) % 10, value % 10 };
            memoizedResults3[value] = ret;
        }
        return ret;
    }
    #endregion UnrolledMemo
}