什么时候通过值传递结构更有效率？何时通过引用C#？

Question

我已经研究了一下,似乎常识认为结构应该在16字节以下,否则它们会导致复制的性能损失.使用C#7和ref返回,完全避免完全避免复制结构变得非常容易.我假设随着结构大小变小,通过ref传递更多的开销只是复制值.

是否有一个经验法则,关于何时通过值传递结构比通过ref更快？哪些因素会影响这个？(结构大小,过程位数等)

更多上下文:我正在开发一款游戏,绝大多数数据都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很常见.我知道分析是确定某些内容的性能影响的唯一真正方法.但是,我想了解它背后的理论概念,并希望在编写代码时考虑到这种理解,并仅描述边缘情况.

此外,请注意,我不会询问最佳做法或通过参考传递一切的理智.我知道"最佳实践"和含义,我故意选择不遵循它们.

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按值传递vs传递参考性能C#.net - 此问题讨论通过ref传递引用类型,这与我要求的完全不同.

在.Net中,出于性能原因,我是否应该通过引用传递结构？ - 第二个问题涉及到主题,但它是关于结构的特定大小.

要回答Eric Lippert的文章中提出的问题:

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99%的程序是数据访问模式.在我看来,这类似于选择正确的数据结构.

差异是否相关？它是.通过ref传递大型结构更快.我只是想了解这个的局限性.

你说的这个"更快"是什么？与为同一任务减少CPU工作量相同.

你在看大局吗？是.如前所述,它影响我如何写整个事情.

你为什么甚至问我？因为SO应该是一个Q&A网站.

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,操作系统,CPU]的组合中,X比Y更快.Linux怎么样？Android怎么样？iOS怎么样？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,我在这里问一下,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，你只是传递了一个指向该结构体的指针，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。

Answer 2

我终于找到了答案。断点是System.IntPtr.Size。用 Microsoft 自己在《编写安全高效的 C# 代码》中的话来说：

添加 in 修饰符以通过引用传递参数，并声明您的设计意图通过引用传递参数以避免不必要的复制。您不打算修改用作该参数的对象。

这种做法通常可以提高大于 IntPtr.Size 的只读值类型的性能。对于简单类型（sbyte、byte、short、ushort、int、uint、long、ulong、char、float、double、decimal 和 bool 以及 enum 类型），任何潜在的性能提升都是最小的。事实上，对于小于 IntPtr.Size 的类型使用引用传递可能会降低性能。