c# - 为什么转换数组(向量)这么慢？

Question

我的印象是在 .NET 中转换(不是转换)非常便宜和快速。但是，数组似乎并非如此。我正在尝试在这里做一个非常简单的转换，采用 T1[] 并转换为 T2[]。其中 T1:T2。

有 3 种方法可以做到这一点，我称它们如下::

DropCasting: T2[] array2 = array;
CastClass: (T2[])array;
IsInst: array as T2[]; 

并且我创建了方法来执行此操作，不幸的是，C# 似乎创建了一些相当奇怪的代码，具体取决于这是否是通用的。 (如果它的通用 DropCasting 使用 castclass 运算符。并且在两种情况下都拒绝在 T1:T2 时发出“as”运算符。

无论如何，我写了一些动态方法并测试了一些令人惊讶的结果(string[]=>object[]):

DropCast :    223ms
IsInst   :   3648ms
CastClass:   3732ms

Dropcasting 比任何一个 cast 运算符快约 18 倍。为什么数组的转换这么慢？对于像 string=>object 这样的普通对象，差异要小得多。

DropCast :    386ms
IsInst   :    611ms
CastClass:    519ms

基准代码如下:

class Program
{
    static readonly String[] strings = Enumerable.Range(0, 10).Select(x => x.ToString()).ToArray();

    static Func<string[], object[]> Dropcast = new Func<Func<string[], object[]>>(
        () =>
        {
            var method = new DynamicMethod("DropCast", typeof(object[]), new[] { typeof(object), typeof(string[]) },true);
            var ilgen = method.GetILGenerator();
            ilgen.Emit(OpCodes.Ldarg_1);
            ilgen.Emit(OpCodes.Ret);
            return method.CreateDelegate(typeof(Func<string[], object[]>)) as Func<string[], object[]>;
        })();
    static Func<string[], object[]> CastClass = new Func<Func<string[], object[]>>(
        () =>
        {
            var method = new DynamicMethod("CastClass", typeof(object[]), new[] { typeof(object), typeof(string[]) },true);
            var ilgen = method.GetILGenerator();
            ilgen.Emit(OpCodes.Ldarg_1);
            ilgen.Emit(OpCodes.Castclass, typeof(object[]));
            ilgen.Emit(OpCodes.Ret);
            return method.CreateDelegate(typeof(Func<string[], object[]>)) as Func<string[], object[]>;
        })();

    static Func<string[], object[]> IsInst = new Func<Func<string[], object[]>>(
        () =>
        {
            var method = new DynamicMethod("IsInst", typeof(object[]), new[] { typeof(object), typeof(string[]) },true);
            var ilgen = method.GetILGenerator();
            ilgen.Emit(OpCodes.Ldarg_1);
            ilgen.Emit(OpCodes.Isinst, typeof(object[]));
            ilgen.Emit(OpCodes.Ret);
            return method.CreateDelegate(typeof(Func<string[], object[]>)) as Func<string[], object[]>;
        })();

    static Func<string[], object[]>[] Tests = new Func<string[], object[]>[]{
        Dropcast,
        IsInst,
        CastClass
    };
    static void Main(string[] args)
    {
        int maxMethodLength = Tests.Select(x => GetMethodName(x.Method).Length).Max();
        RunTests(1, false, maxMethodLength);
        RunTests(100000000, true, maxMethodLength);
    }

    static string GetMethodName(MethodInfo method)
    {
        return method.IsGenericMethod ?
        string.Format(@"{0}<{1}>", method.Name, string.Join<Type>(",", method.GetGenericArguments())) : method.Name;
    }

    static void RunTests(int count, bool displayResults, int maxLength)
    {
        foreach (var action in Tests)
        {
            Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
            for (int i = 0; i < count; i++)
            {
                action(strings);
            }
            sw.Stop();
            if (displayResults)
            {
                Console.WriteLine("{0}: {1}ms", GetMethodName(action.Method).PadRight(maxLength),
                ((int)sw.ElapsedMilliseconds).ToString().PadLeft(6));
            }
            GC.Collect();
            GC.WaitForPendingFinalizers();
            GC.Collect();
        }
    }
}

在任何人提出同样的要求之前进行编辑，如 int[]->uint[] 之类的 clr 规范应该在不进行转换的情况下进行转换。

Answer 1

因为你在转换数组。

这 3 段 IL 代码的区别在于后两者添加了一个 IsInst 和一个 CastClass 操作。对类型知之甚少，因此 CLR 必须检查它是否是有效操作。这需要时间。

CastClass 和 IsInst 之间的细微差别可以解释为 CastClass 首先执行 null 检查并在参数为 null 时立即成功。

我怀疑速度变慢是因为您在数组之间进行转换。可能需要做更多的工作来确保数组转换有效。可能需要查看每个元素以确定它是否可以转换为目标元素类型。所以我猜测，JIT 不是在“内联”机器代码中执行所有这些操作，而是发出对验证函数的调用。

事实上，如果您运行性能分析，您会发现这确实是正在发生的事情。几乎 90% 的时间花在名为“JIT_ChkCastArray”的函数上。