c# - 静态构造函数性能以及为什么我们不能指定 beforefieldinit

Question

我发现使用以下两个结构在速度上存在差异:

public struct NoStaticCtor
{
    private static int _myValue = 3;
    public static int GetMyValue() { return _myValue; }
}

public struct StaticCtor
{
    private static int _myValue;
    public static int GetMyValue() { return _myValue; }
    static StaticCtor()
    {
        _myValue = 3;
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        long numTimes = 5000000000; // yup, 5 billion
        Stopwatch sw = new Stopwatch();
        sw.Start();
        for (long i = 0; i < numTimes; i++)
        {
            NoStaticCtor.GetMyValue();
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("No static ctor: {0}", sw.Elapsed);

        sw.Restart();
        for (long i = 0; i < numTimes; i++)
        {
            StaticCtor.GetMyValue();
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("with static ctor: {0}", sw.Elapsed);
    }
}

产生结果:

Release (x86), no debugger attached:
No static ctor: 00:00:05.1111786
with static ctor: 00:00:09.9502592

Release (x64), no debugger attached:
No static ctor: 00:00:03.2595979
with static ctor: 00:00:14.5922220

编译器为 NoStaticCtor 生成一个静态构造函数，它与 StaticCtor 中显式声明的构造函数相同。我知道编译器只会在未明确定义静态构造函数时发出 beforefieldinit。

它们产生几乎相同的 il 代码，除了一个区别，用 beforefieldinit 声明结构，这是我觉得不同的地方，因为我知道它决定何时类型构造函数被调用，虽然我不太明白为什么会有这样的差异。它假设它不是每次迭代都调用类型构造函数，因为类型构造函数只能调用一次。¹

所以，

1) 为什么有beforefieldinit 的struct 和没有的有时间差？ (我想 JITer 在 for 循环中做了一些额外的事情，但是，我不知道如何查看 JITer 的输出以查看什么。

2) 为什么编译器设计者 a) 没有让所有结构 beforefieldinit 成为默认结构并且 b) 没有让开发人员能够明确指定该行为？当然，这是假设你做不到，因为我还没有找到办法。

---

编辑:

¹。 I modified the code ，本质上是第二次运行每个循环，期望有所改进，但并不多:

No static ctor: 00:00:03.3342359
with static ctor: 00:00:14.6139917
No static ctor: 00:00:03.2229995
with static ctor: 00:00:12.9524860
Press any key to continue . . .

我这样做是因为我虽然，好吧，也许，但不太可能，JITer 实际上在每次迭代时都调用了类型构造函数。在我看来，JITer 会知道类型构造函数已经被调用，并且不会在编译第二个循环时发出代码来执行此操作。

除了莫蒂的回答: This code产生更好的结果，因为 JITing 的不同，DoSecondLoop 的 JITing 不发出静态 ctor 检查，因为它检测到它之前在 DoFirstLoop 中完成，导致每个循环以相同的速度执行。 (~3 秒)

Answer 1

第一次访问您的类型时，必须执行静态构造函数(无论是显式还是隐式生成)。

当 JIT 编译器将 IL 编译为 native 指令时，它会检查该类型的静态构造函数是否已执行，如果未执行，则发出 native 代码以检查(再次)静态构造函数是否已被执行，如果没有，则执行它。

已缓存 jitted 代码以供将来调用同一方法(这就是代码必须再次检查静态 ctor 是否已执行的原因)。

问题是，如果检查静态 ctor 的 jitted 代码处于循环中，则此测试将在每次迭代中发生。

当存在 beforefieldinit 时，允许 JIT 编译器优化代码，方法是在进入循环之前测试静态 ctor 调用。如果不存在，则不允许进行此优化。

C# 编译器会自动为我们决定何时发出此属性。目前(C# 4)仅当代码未显式定义静态构造函数时才会发出它。它背后的想法是，如果您自己定义了一个静态 ctor，那么时机对您来说可能更重要，并且 ststic ctor 不应该提前执行。这可能是正确的，也可能不是正确的，但您无法更改此行为。

这是我的在线 .NET 教程中详细解释此部分的链接:http://motti.me/c1L

顺便说一句，我不建议在结构上使用静态 ctors，因为信不信由你，它们不能保证执行!这不是问题的一部分，所以我不会详细说明，但如果您有兴趣，请参阅此以获取更多详细信息:http://motti.me/c1I (我在视频中大约 2 点 30 分触摸到主题)。

希望对您有所帮助!