c# - 在 C# 中什么时候按值传递结构和什么时候按 ref 传递结构更有效？

Question

我进行了一些研究，似乎普遍的看法是结构应该小于 16 字节，否则它们会因复制而导致性能损失。使用 C#7 和 ref return，完全避免完全复制结构变得非常容易。我假设随着结构体的大小变小，通过 ref 传递比复制值更多的开销。

关于何时按值传递结构变得比按 ref 传递更快的经验法则？哪些因素会影响这一点？ (结构大小、进程位数等)

更多背景

我正在开发一个游戏，其中绝大多数数据表示为连续的结构数组，以实现最大的缓存友好性。正如您可能想象的那样，在这种情况下传递结构是很常见的。我知道分析是确定某事性能影响的唯一真正方法。但是，我想了解其背后的理论概念，并希望在编写代码时考虑到这种理解并仅分析边缘情况。

另外，请注意，我不是在询问最佳实践或通过 ref 传递所有内容的理智。我知道“最佳实践”和影响，我故意选择不遵循它们。

解决“重复”标签

Performance of pass by value vs. pass by reference in C# .NET - 这个问题讨论了通过 ref 传递引用类型，这与我要问的完全不同。

In .Net, when if ever should I pass structs by reference for performance reasons? - 第二个问题有点触及主题，但它是关于结构的特定大小。

回答来自Eric Lippert's article的问题:

你真的需要回答这个问题吗？ 是的，我愿意。因为它会影响我编写大量代码的方式。

这真的是瓶颈吗？ 可能不是。但我仍然想知道，因为这是 99% 程序的数据访问模式。在我看来，这类似于选择正确的数据结构。

差异是否相关？ 这是。通过 ref 传递大型结构更快。我只是想了解它的局限性。

你说的这个“更快”是什么？ 就像为相同的任务给 CPU 提供更少的工作一样。

你在看大图吗？ 是的。如前所述，它会影响我写整件事的方式。

我知道我可以测量很多不同的组合。这告诉我什么？在我的 [.NET 版本、进程位数、操作系统、CPU] 组合中，X 比 Y 快。 Linux 呢？安卓呢？ iOS呢？我应该对所有可能的硬件/软件组合的所有排列进行基准测试吗？

我认为这不是一个可行的策略。因此，我在这里问，希望对 CLR/JIT/ASM/CPU 有很多了解的人可以告诉我它是如何工作的，这样我就可以在编写代码时做出明智的决定。

我正在寻找的答案类似于前面提到的结构大小的 16 字节指南，并解释了原因。

Answer 1

通常，通过引用传递应该更快。
当你通过引用传递一个结构体时，你只是传递一个指向结构体的指针，它只是一个 32/64 位整数。
当你按值传递一个结构体时，你需要复制整个结构体，然后传递一个指向新副本的指针。
除非结构非常小，例如 int，否则按引用传递会更快。

此外，按值传递会增加对 os 进行内存分配和取消分配的调用次数，这些调用非常耗时，因为 os 必须检查注册表以获取可用空间。