为什么不对字段优化的简单属性？

Question

sealed class A
{
    public int X;
    public int Y { get; set; }
}

如果我创建一个新的A实例,它需要大约550ms才能访问Y 100,000,000次,而访问X大约需要250ms.我将它作为发布版本运行,它对于该属性来说仍然要慢得多.为什么.NET不优化Y到字段？

编辑:

    A t = new A();
    t.Y = 50;
    t.X = 50;

    Int64 y = 0;

    Stopwatch sw = new Stopwatch();
    sw.Start();

    for (int i = 0; i < 100000000; i++)
        y += t.Y;

    sw.Stop();

那是我用来测试的代码,我正在改变tY到tX来测试X. 我也在发布版本中.

Answer 1

for (int i = 0; i < 100000000; i++)
    y += t.X;

这是非常难以分析的代码.使用Debug + Windows + Disassembly查看生成的机器代码时,您可以看到.x64代码如下所示:

0000005a  xor         r11d,r11d                           ; i = 0
0000005d  mov         eax,dword ptr [rbx+0Ch]             ; read t.X
00000060  add         r11d,4                              ; i += 4
00000064  cmp         r11d,5F5E100h                       ; test i < 100000000
0000006b  jl          0000000000000060                    ; for (;;)

这是经过大量优化的代码,请注意+ =运算符如何完全消失.你允许这种情况发生,因为你在基准测试中犯了一个错误,你根本没有使用y的计算值.抖动知道这一点,所以它简单地删除了无意义的添加.增量4也需要解释,这是循环展开优化的副作用.你会看到以后使用它.

因此,您必须对基准进行更改以使其成为现实,最后添加此行:

sw.Stop();
Console.WriteLine("{0} msec, {1}", sw.ElapsesMilliseconds, y);

这会强制计算y的值.它现在看起来完全不同:

0000005d  xor         ebp,ebp                             ; y = 0
0000005f  mov         eax,dword ptr [rbx+0Ch]          
00000062  movsxd      rdx,eax                             ; rdx = t.X
00000065  nop         word ptr [rax+rax+00000000h]        ; align branch target
00000070  lea         rax,[rdx+rbp]                       ; y += t.X
00000074  lea         rcx,[rax+rdx]                       ; y += t.X
00000078  lea         rax,[rcx+rdx]                       ; y += t.X
0000007c  lea         rbp,[rax+rdx]                       ; y += t.X
00000080  add         r11d,4                              ; i += 4
00000084  cmp         r11d,5F5E100h                       ; test i < 100000000
0000008b  jl          0000000000000070                    ; for (;;)

仍然非常优化的代码.奇怪的NOP指令确保地址008b处的跳转是有效的,跳转到与16对齐的地址优化处理器中的指令解码器单元.LEA指令是让地址生成单元生成添加的经典技巧,允许主ALU同时执行其他工作.没有其他工作要做,但如果循环体更多涉及可能有.并且循环展开4次以避免分支指令.

Anyhoo,现在你实际上在测量实际代码,而不是删除代码.结果在我的机器上,重复测试10次(重要!):

y += t.X: 125 msec
y += t.Y: 125 msec

完全相同的时间.当然,它应该是这样的.您不需要支付房产费用.

抖动可以很好地生成高质量的机器代码.如果你得到一个奇怪的结果,那么总是先检查你的测试代码.这是最容易出错的代码.不是抖动,它已经过彻底测试.

Answer 2

X只是一个简单的字段。然而Y是一个带有get和set访问器的属性，命名 int get_Y()和void set_Y(int)内部。还有一个私有的支持字段，Y带有一个特殊的编译器生成的名称，访问者访问支持字段。在实践中显示以下图像：

根据 C# 语言规范，这就是编译器应该这样做的方式。如果 C# 编译器改为发出一个字段，则会违反规范。

当然，运行时必须使用编译器生成的访问器。但是运行时可能会做内联之类的技巧来避免对访问器的额外调用。这是一种优化，可以使属性访问与字段访问一样快。

Hans Passant强调，实际上运行时会以同样快的速度进行属性访问。您的原始测试代码有缺陷，运行时可以删除读取，因为它分配给的局部变量从未使用过。详细参见Passant的回答。

不过，如果您想要一个普通字段，请写一个，并且不要创建自动属性。