c# - .NET中通用和非通用集合之间的内存使用差异

Question

如今，我在.NET中阅读了有关集合的信息。众所周知，使用泛型集合优于非泛型:它们是类型安全的，没有强制转换，也没有装箱/拆箱。这就是通用集合具有性能优势的原因。

如果我们认为非泛型集合将每个成员存储为object，那么我们可以认为泛型还具有内存优势。但是，我没有找到有关内存使用差异的任何信息。

任何人都可以澄清这一点吗？

Answer 1

If we consider that non-generic collections store every member as object, then we can think that generics have also memory advantage. However, I didn't found any information about memory usage difference. Can anyone clarify about the point?

当然。让我们考虑一个包含 ArrayList与 int的 List<int>。假设每个列表中有1000个 int。

在这两种类型中，集合类型都是数组的薄包装-因此名称为 ArrayList。在 ArrayList的情况下，存在一个底层 object[]，其中包含至少1000个装箱的整数。如果是 List<int>，则存在一个底层 int[]，其中至少包含1000 int。

为什么我说“至少”？因为两者都使用双倍充值策略。如果在创建集合时设置集合的容量，则它会为很多东西分配足够的空间。如果您不这样做，则该集合必须猜测，如果它猜错了并且您需要更多的容量，则它的容量将增加一倍。因此，最好的情况是，我们的集合数组大小恰到好处。最坏的情况是，它们的大小可能是所需大小的两倍。数组中可能有2000个对象或2000个int的空间。

但是，为简单起见，我们假设我们很幸运，每一个中大约有1000个。

首先，仅阵列的内存负担是多少？ object[1000]在32位系统上占用4000字节，在64位系统上占用8000字节，仅用于指针大小的引用。无论如何， int[1000]占用4000个字节。 (数组记账还占用了一些额外的字节，但是与边际成本相比，这些成本很小。)

因此，我们已经看到，非通用解决方案可能只为阵列消耗两倍的内存。数组的内容呢？

好吧，关于值类型的事情是它们存储在自己的变量中。除了用于存储1000个整数的4000字节之外，没有其他空间。他们被打包到阵列中。因此，对于一般情况，附加成本为零。

对于 object[]情况，数组的每个成员都是一个引用，并且该引用引用一个对象；在这种情况下，是装箱的整数。装箱整数的大小是多少？

未装箱的值类型不需要存储有关其类型的任何信息，因为其类型由其所在的存储类型决定，而运行时是已知的。装箱的值类型需要在框中将事物的类型存储在某处，这会占用空间。事实证明，在32位.NET中，对象的簿记开销为8字节，在64位系统上为16。那只是开销。我们当然需要4个字节的int。但是，等等，情况变得更糟:在64位系统上，该框必须与8字节边界对齐，因此在64位系统上我们需要另外4字节的填充。

全部添加:在64位和32位系统上，我们的 int[]大约需要4KB。我们的 object[]包含1000个整数，在32位系统上大约需要16KB，在64位系统上大约需要32K。因此，对于非一般情况， int[]与 object[]的内存效率相比要差4或8倍。

但是，等等，情况变得更糟。只是大小而已。那访问时间呢？

要从整数数组访问整数，运行时必须:

验证该数组有效

验证索引有效

从给定索引

的变量中获取值

要从装箱整数数组访问整数，运行时必须:

验证该数组有效

验证索引有效

从给定索引

的变量中获取引用

验证引用不为空

验证引用是否为盒装整数

从方框

中提取整数

这需要更多步骤，因此需要更长的时间。

但是请稍等片刻。

现代处理器使用芯片本身的缓存来避免返回主内存。由1000个纯整数组成的数组很有可能最终在缓存中结束，因此快速连续访问数组的第一个，第二个，第三个等成员都从同一缓存行中拉出。这太快了。但是，装箱的整数可以遍及整个堆，这会增加高速缓存未命中的次数，从而进一步大大降低访问速度。

希望这足以阐明您对拳击罚款的理解。

非盒装类型呢？字符串数组列表和 List<string>之间有显着差异吗？

这里的损失要小得多，因为 object[]和 string[]具有相似的性能特征和内存布局。在这种情况下，唯一的额外惩罚是(1)在运行时才捕获您的错误；(2)使代码更难以阅读和编辑；(3)进行运行时类型检查的轻微惩罚。