c# - 为什么 UInt16 数组的加法速度似乎比 int 数组快？

Question

似乎 C# 添加两个 UInt16[] 数组比添加两个 int[] 数组更快。这对我来说毫无意义，因为我假设数组是字对齐的，因此 int[] 需要 CPU 的工作更少，不是吗？

我运行了下面的测试代码，得到了以下结果:

Int    for 1000 took 9896625613 tick (4227 msec)
UInt16 for 1000 took 6297688551 tick (2689 msec)

测试代码执行以下操作:

1. 一次创建两个名为a 和b 的数组。
2. 用随机数据填充它们一次。
3. 启动秒表。
4. 逐项添加a 和b。这样做了 1000 次。
5. 停止秒表。
6. 报告花费了多长时间。

这是为 int[] a, b 和 UInt16 a,b 完成的。 每次我运行代码时，UInt16 数组的测试比int 数组花费的时间少 30%-50%。你能给我解释一下吗？

这是代码，如果你想自己试试:

public static UInt16[] GenerateRandomDataUInt16(int length)
{
    UInt16[] noise = new UInt16[length];
    Random random = new Random((int)DateTime.Now.Ticks);
    for (int i = 0; i < length; ++i)
    {
        noise[i] = (UInt16)random.Next();
    }

    return noise;
}

public static int[] GenerateRandomDataInt(int length)
{
    int[] noise = new int[length];
    Random random = new Random((int)DateTime.Now.Ticks);
    for (int i = 0; i < length; ++i)
    {
        noise[i] = (int)random.Next();
    }

    return noise;
}

public static int[] AddInt(int[] a, int[] b)
{
    int len = a.Length;
    int[] result = new int[len];
    for (int i = 0; i < len; ++i)
    {
        result[i] = (int)(a[i] + b[i]);
    }
    return result;
}

public static UInt16[] AddUInt16(UInt16[] a, UInt16[] b)
{
    int len = a.Length;
    UInt16[] result = new UInt16[len];
    for (int i = 0; i < len; ++i)
    {
        result[i] = (ushort)(a[i] + b[i]);
    }
    return result;
}


public static void Main()
{
    int count = 1000;
    int len = 128 * 6000;

    int[] aInt = GenerateRandomDataInt(len);
    int[] bInt = GenerateRandomDataInt(len);

    Stopwatch s = new Stopwatch();
    s.Start();
    for (int i=0; i<count; ++i) 
    {
        int[] resultInt = AddInt(aInt, bInt);
    }
    s.Stop();
    Console.WriteLine("Int    for " + count 
                + " took " + s.ElapsedTicks + " tick (" 
                + s.ElapsedMilliseconds + " msec)");

    UInt16[] aUInt16 = GenerateRandomDataUInt16(len);
    UInt16[] bUInt16 = GenerateRandomDataUInt16(len);

    s = new Stopwatch();
    s.Start();
    for (int i=0; i<count; ++i) 
    {
        UInt16[] resultUInt16 = AddUInt16(aUInt16, bUInt16);
    }
    s.Stop();
    Console.WriteLine("UInt16 for " + count 
                + " took " + s.ElapsedTicks + " tick (" 
                + s.ElapsedMilliseconds + " msec)");


}

Answer 1

发生的事情是你看到了一个有漏洞的抽象。 UInt16 占用的内存是 int 的一半(16 位与 32 位)。

这意味着int16数组占用的内存区域是int32占用的内存区域的一半。因此，更多的区域可以放入处理器缓存中，因此可以非常快速地访问。

您可以在具有更多高速缓存的处理器上尝试该代码，差异可能会更小。

也可以尝试使用更大的数组。