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C# 泛型編譯特性對性能的影響小結

 更新時間:2023年11月29日 14:37:27   作者:編寫人生  
C#作為一種強類型語言,具有豐富的泛型支持,允許開發(fā)者編寫可以應對不同數(shù)據類型的通用代碼,這篇文章主要介紹了C# 泛型編譯特性對性能的影響 ,需要的朋友可以參考下

C#作為一種強類型語言,具有豐富的泛型支持,允許開發(fā)者編寫可以應對不同數(shù)據類型的通用代碼。然而,在泛型編譯時,針對結構和類作為泛型參數(shù)時,會對性能產生不同的影響。

泛型編譯行為

在C#中,泛型編譯行為取決于泛型參數(shù)的類型。具體而言,當泛型參數(shù)是結構(Struct)時,編譯器會針對每個具體的結構類型生成特定的實現(xiàn)。而當泛型參數(shù)是類(Class)時,編譯器則可能生成更通用的實現(xiàn)。

結構 vs 類

結構(Struct)

結構是值類型,它們存儲在棧上,具有較小的內存開銷。當泛型參數(shù)是結構時,編譯器會針對每個具體的結構類型生成專門的實現(xiàn),這可能導致更高的性能。因為每個結構類型都有自己的實現(xiàn),避免了裝箱和拆箱的開銷,同時優(yōu)化了內存分配和訪問。

類(Class)

類是引用類型,存儲在堆上,需要通過引用進行訪問。當泛型參數(shù)是類時,編譯器可能生成更通用的實現(xiàn)。這可能導致較低的性能,因為通用實現(xiàn)需要進行動態(tài)調度和引用類型的操作,增加了一些開銷。

測試性能差異

針對不同的泛型參數(shù)進行性能測試是一種有效的方法,以觀察結構和類對泛型編譯特性的影響。在測試中,可能會發(fā)現(xiàn)對結構類型的泛型參數(shù),其性能可能更高,而對類類型的泛型參數(shù),其性能可能略低。

using System.Diagnostics;
namespace ConsoleApp1 {
    internal interface IValueGetter {
        int GetValue(int index);
    }
    internal class MyTestClass<T> where T : IValueGetter {
        private readonly T _valueGetter;
        public MyTestClass(T valueGetter) {
            _valueGetter = valueGetter;
        }
        public void Run() {
            long r = 0L;
            for (int i = 0; i < int.MaxValue; i++) {
                r += _valueGetter.GetValue(i);
            }
        }
    }
    internal struct StructValueGetter : IValueGetter {
        public readonly int GetValue(int index) {
            return index + 3;
        }
    }
    internal struct StructValueGetter2(int someField) : IValueGetter {
        public readonly int GetValue(int index) {
            return index + 5;
        }
    }
    internal class ClassValueGetter1 : IValueGetter {
        public int GetValue(int index) {
            return index + 5;
        }
    }
    internal class ClassValueGetter2 : IValueGetter {
        public int GetValue(int index) {
            return index + 7;
        }
    }
    internal static class Demo2 {
        public static  void Run() {
            var t1 = new MyTestClass<StructValueGetter>(new StructValueGetter());
            RunDemo("StructValueGetter ", t1.Run);
            var t2 = new MyTestClass<ClassValueGetter1>(new ClassValueGetter1());
            RunDemo("ClassValueGetter1 ", t2.Run);
            var t3 = new MyTestClass<ClassValueGetter2>(new ClassValueGetter2());
            RunDemo("ClassValueGetter2 ", t3.Run);
            var t4 = new MyTestClass<IValueGetter>(new ClassValueGetter1());
            RunDemo("IValueGetter-1    ", t4.Run);
            var t5 = new MyTestClass<ClassValueGetter1>(new ClassValueGetter1());
            RunDemo("ClassValueGetter1 ", t5.Run);
            var t6 = new MyTestClass<StructValueGetter2>(new StructValueGetter2());
            RunDemo("StructValueGetter2", t6.Run);
            var t7 = new MyTestClass<IValueGetter>(new ClassValueGetter2());
            RunDemo("IValueGetter-2    ", t7.Run);
            var t8 = new MyTestClass<IValueGetter>(new StructValueGetter());
            RunDemo("IValueGetter-3    ", t8.Run);
            var t9 = Activator.CreateInstance(typeof(MyTestClass<>).MakeGenericType(typeof(StructValueGetter)), new StructValueGetter());
            Action action9 = (Action)Delegate.CreateDelegate(typeof(Action), t9, t9.GetType().GetMethod("Run"));
            RunDemo("Dynamic-Struct    ", action9);
        }
        static void RunDemo(string caption, Action action) {
            var stopWatch = Stopwatch.StartNew();
            action();
            stopWatch.Stop();
            Console.WriteLine($"{caption} time = {stopWatch.Elapsed}");
        }
    }
}
Demo2.Run();

在.net 8.0 Release 編譯執(zhí)行的參考結果如下:

StructValueGetter  time = 00:00:00.6920186
ClassValueGetter1  time = 00:00:01.1887137
ClassValueGetter2  time = 00:00:05.2889692
IValueGetter-1     time = 00:00:01.1652195
ClassValueGetter1  time = 00:00:01.1625259
StructValueGetter2 time = 00:00:00.6488674
IValueGetter-2     time = 00:00:05.2114724
IValueGetter-3     time = 00:00:07.1394676
Dynamic-Struct     time = 00:00:00.6491220

結論

泛型編譯特性對性能有所影響,我們發(fā)現(xiàn):

  • 泛型參數(shù)是 Struct 比 class 的性能要好,大約有兩倍的差異;
  • 泛型參數(shù)如果存在多個 Struct 可能時,性能沒有影響,但如果泛型參數(shù)存在多個 class 可能時,性能急劇下降5倍之多;
  • 泛型參數(shù)如果是接口形式,無論實際填充的結構還是類,其最終的執(zhí)行性能一定是很慢的;
  • 使用反射(例如:MakeGenericType)構建出的泛型實例,其實際運行性能并不受影響,非常適合高度定制的運行時類型構建,這一點非常重要,例如你可以在運行時檢測實際情況,構建出不同的比較器對象,雖然構建的工廠方法返回的是接口,但你可以使用反射的方式動態(tài)傳入字典的比較器參數(shù)(實際上c#的 Dictionary<TKey, TValue> 這點設計是失敗的,他的comparer不是一個泛型參數(shù),而是接口);

綜上所述,了解C#泛型編譯特性對性能的影響是編寫高性能代碼的重要一部分,合理使用對于關鍵性代碼性能至關重要。

到此這篇關于C# 泛型編譯特性對性能的影響 的文章就介紹到這了,更多相關C# 泛型編譯特性內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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