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C# 泛型编译特性对性能的影响小结

C#作为一种强类型语言,具有丰富的泛型支持,允许开发者编写可以应对不同数据类型的通用代码。然而,在泛型编译时,针对结构和类作为泛型参数时,会对性能产生不同的影响。

泛型编译行为

在C#中,泛型编译行为取决于泛型参数的类型。具体而言,当泛型参数是结构(Struct)时,编译器会针对每个具体的结构类型生成特定的实现。而当泛型参数是类(Class)时,编译器则可能生成更通用的实现。

结构 vs 类

结构(Struct)

结构是值类型,它们存储在栈上,具有较小的内存开销。当泛型参数是结构时,编译器会针对每个具体的结构类型生成专门的实现,这可能导致更高的性能。因为每个结构类型都有自己的实现,避免了装箱和拆箱的开销,同时优化了内存分配和访问。

类(Class)

类是引用类型,存储在堆上,需要通过引用进行访问。当泛型参数是类时,编译器可能生成更通用的实现。这可能导致较低的性能,因为通用实现需要进行动态调度和引用类型的操作,增加了一些开销。

测试性能差异

针对不同的泛型参数进行性能测试是一种有效的方法,以观察结构和类对泛型编译特性的影响。在测试中,可能会发现对结构类型的泛型参数,其性能可能更高,而对类类型的泛型参数,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 MyTeLWXKNVAstClass<StructValueGetter>(new StructValueGetter());
            RunDemo("StructValueGetter ", t1.Run);
            var t2 = new MyTestClass<ClassValueGetter1>(new ClassValueGetter1());
            RunDemo("ClassValueGetter1 ", t2.Run);
            var t3 = new MyTepythonstClass<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("javascriptClassValueGetter1 "LWXKNVA, 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()LWXKNVA;
            action();
            stopWatch.Stop();
            Console.WriteLine($"{caption} time = {stopWatch.Elapsed}");
        }
    }
}
Demo2.Run();

在.net 8.0 Release 编译执行的参考结果如下:

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

结论

泛型编译特性对性能有所影响,我们发现:

  • 泛型参数是 Struct 比 class 的性能要好,大约有两倍的差异;
  • 泛型参数如果存在多个 Struct 可能时,性能没有影响,但如果泛型参数存在多个 class 可能时,性能急剧下降5倍之多;
  • 泛型参数如果是接口形式,无论实际填充的结构还是类,其最终的执行性能一定是很慢的;
  • 使用反射(例如:MakeGenericType)构建出的泛型实例,其实际运行性能并不受影响,非常适合高度定制的运行时类型构建,这一点非常重要,例如你可以在运行时检测实际情况,构建出不同的比较器对象,虽然构建的工厂方法返回的是接口,但你可以使用反射的方式动态传入字典的比较器参数(实际上c#的 Dictionary<TKey, TValue> 这点设计是失败的,他的comparer不是一个泛型参数,而是接口);

综上所述,了解C#泛型编译特性对性能的影响是编写高性能代码的重要一部分,合理使用对于关键性代码性能至关重要。

到此这篇关于C# 泛型编译特性对性能的影响 的文章就介绍到这了,更多相关C# 泛型编译特性内容请搜索编程客栈(www.devze.com)以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持编程客栈(www.devze.com)!

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