Ron*_*dau 14 c# arrays performance
我正在编写一些基准测试来弄清楚为什么类似的纯算法(在类中没有C++ lib/.net)在C++中比在C#中运行得快得多,即使在考虑预期的特征差异时也是如此.虽然这样做我偶然发现了令我感到困惑的这两项测试,但是有没有人知道为什么一个人比另一个慢得多？第二个(在我的机器上需要51毫秒vs 88)的唯一区别是2个数组在方法中而不是在外部声明.在这两种情况下,数组都是在开始计时之前创建的.
const int Runs = 100;
const int Width = 5000;
const int Height = 5000;
const int Size = Width * Height;
static int[] Input = Enumerable.Range(0, Size).ToArray();
static int[] Output = new int[Size * 2];
static int SimpleTest()
{
// Removing those 2 lines and using the static arrays instead give substantially slower performance, nearly half the speed!
int[] Input = Enumerable.Range(0, Size).ToArray();
int[] Output = new int[Size * 2];
Stopwatch sw = new Stopwatch();
sw.Start();
for (int run = 0; run < Runs; run++)
{
int InputIndex = 0;
for (int x = 0; x < Width; x++)
{
for (int y = 0; y < Height; y++)
{
int pixel = Input[InputIndex];
var OutputIndex = InputIndex * 2;
Output[OutputIndex] = pixel;
Output[OutputIndex + 1] = pixel;
InputIndex++;
}
}
}
sw.Stop();
return (int)(sw.ElapsedMilliseconds / Runs);
}
Ray*_*hen 15
当变量是本地变量时,编译器知道Input并且Output永远不会更改,这会打开许多优化.
Input和Output变量的值可以保存在寄存器中.Input.Length并且Output.Length可以计算一次并缓存.Input[InputIndex]并且Output[OutputIndex]永远不会导致数组索引超出范围,因此可以优化边界检查.Input和Output从未使用过,所以它可以优化循环到零!如果使用静态版本,则编译器无法执行这些优化.编译器必须重新加载Input并Output在每个接入,并且必须在每个数组索引操作执行范围检查,以防万一另一个线程改性Input或Output.
例如,如果另一个线程执行Input = new int[Size],则所有将来的计算必须继续使用此备用Input.如果另一个线程做了Output = new int[1],那么代码必须引发一个IndexOutOfRangeException.
使用32位JIT,我相信罪魁祸首就像Raymond Chen所提到的那样,当输入和输出是本地时,输入和输出可以保存在寄存器中,但是每次输入和输出都不需要重新加载.生成的程序集:
对于当地人:
007426F0 mov eax,dword ptr [ebp-18h]
007426F3 mov edi,dword ptr [eax+4]
int pixel = Input[InputIndex];
007426F6 mov eax,dword ptr [ebp-18h]
007426F9 cmp edx,edi
007426FB jae 0074276E
007426FD mov ecx,dword ptr [eax+edx*4+8]
对于静力学:
011C2718 mov dword ptr [ebp-18h],edx
011C271B mov esi,dword ptr ds:[3BB7E90h]
011C2721 mov eax,dword ptr [esi+4]
011C2724 mov dword ptr [ebp-1Ch],eax
int pixel = Input[InputIndex];
011C2727 mov eax,dword ptr [ebp-1Ch]
011C272A cmp ecx,eax
011C272C jae 011C27A2
011C272E mov edi,dword ptr [esi+ecx*4+8]
如您所见,mov esi,dword ptr ds:[3BB7E90h]访问数据段.正如您所看到的,边界检查在两种情况下都会发生(cmp-jae),因此不相关,并且实际上没有将循环优化为零.
64位JIT如何避免这个问题超出了我的范围.
以下是两种情况的完整反汇编:
快速版:
for (int x = 0; x < Width; x++) {
007426EB mov dword ptr [ebp-14h],edx
for (int y = 0; y < Height; y++) {
007426EE xor ebx,ebx
007426F0 mov eax,dword ptr [ebp-18h]
007426F3 mov edi,dword ptr [eax+4]
int pixel = Input[InputIndex];
007426F6 mov eax,dword ptr [ebp-18h]
007426F9 cmp edx,edi
007426FB jae 0074276E
007426FD mov ecx,dword ptr [eax+edx*4+8]
var OutputIndex = InputIndex * 2;
00742701 mov esi,edx
00742703 add esi,esi
Output[OutputIndex] = pixel;
00742705 mov eax,dword ptr [ebp-1Ch]
00742708 cmp esi,dword ptr [eax+4]
0074270B jae 0074276E
0074270D mov dword ptr [eax+esi*4+8],ecx
Output[OutputIndex + 1] = pixel;
00742711 inc esi
00742712 mov eax,dword ptr [ebp-1Ch]
00742715 cmp esi,dword ptr [eax+4]
00742718 jae 0074276E
0074271A mov dword ptr [eax+esi*4+8],ecx
InputIndex++;
0074271E inc edx
for (int y = 0; y < Height; y++) {
0074271F inc ebx
for (int y = 0; y < Height; y++) {
00742720 cmp ebx,1388h
00742726 jl 007426F6
for (int x = 0; x < Width; x++) {
00742728 inc dword ptr [ebp-14h]
0074272B cmp dword ptr [ebp-14h],1388h
00742732 jl 007426EE
慢版:
for (int x = 0; x < Width; x++) {
011C2713 mov dword ptr [ebp-14h],ecx
for (int y = 0; y < Height; y++) {
011C2716 xor edx,edx
011C2718 mov dword ptr [ebp-18h],edx
011C271B mov esi,dword ptr ds:[3BB7E90h]
011C2721 mov eax,dword ptr [esi+4]
011C2724 mov dword ptr [ebp-1Ch],eax
int pixel = Input[InputIndex];
011C2727 mov eax,dword ptr [ebp-1Ch]
011C272A cmp ecx,eax
011C272C jae 011C27A2
011C272E mov edi,dword ptr [esi+ecx*4+8]
var OutputIndex = InputIndex * 2;
011C2732 mov ebx,ecx
011C2734 add ebx,ebx
Output[OutputIndex] = pixel;
011C2736 mov edx,dword ptr ds:[3BB7E94h]
011C273C cmp ebx,dword ptr [edx+4]
011C273F jae 011C27A2
011C2741 mov dword ptr [edx+ebx*4+8],edi
Output[OutputIndex + 1] = pixel;
011C2745 inc ebx
011C2746 cmp ebx,dword ptr [edx+4]
011C2749 jae 011C27A2
011C274B mov dword ptr [edx+ebx*4+8],edi
InputIndex++;
011C274F inc ecx
for (int y = 0; y < Height; y++) {
011C2750 inc dword ptr [ebp-18h]
011C2753 cmp dword ptr [ebp-18h],1388h
011C275A jl 011C2727
for (int x = 0; x < Width; x++) {
011C275C inc dword ptr [ebp-14h]
011C275F cmp dword ptr [ebp-14h],1388h
011C2766 jl 011C2716