循环比for循环要快得多,然后当语句改变时,while循环更快.怎么了？

Question

出于兴趣,我测试了for循环和while循环是否存在任何差异.是什么原因导致while循环在我的计算机(AMD Phenom II X6 1090T @ 3.20GHz)上比for循环长约2-2.5秒？他们不是在做同样的事情吗？你得到类似的结果吗？

此外,当我用x = null;循环语句替换循环语句时,while循环将明显更快.这里发生了什么？

当然,迭代次数非常多,但差异仍然非常显着？

static void Main(string[] args)
{
    String x;
    const Int64 FIVE_BN = 5000000000;
    Int64 i = 0;

    DateTime start = DateTime.Now;
    for (; FIVE_BN > i; i++)
        x = null; //Replace with only ; in both loops and the for loop is faster
    Console.Out.WriteLine(FIVE_BN.ToString() + " times (for): " + (DateTime.Now - start));

    i = 0;

    start = DateTime.Now;
    while(FIVE_BN > i++)
        x = null; //Replace with only ; in both loops and the for loop is faster
    Console.Out.WriteLine(FIVE_BN.ToString() + " times (while): " + (DateTime.Now - start));

    Console.Read();
    return;
}

Answer 1

虽然这完全是微观优化,但永远不会成为性能瓶颈.有趣的是,这两者实际上是不同的,有趣的是当你用VS2010提取循环时,我得到以下结果:

private static String forLoop(ref Int64 i)
{
    String x;

    for (; FIVE_BN > i; i++)
        x = null; //Replace with only ; in both loops and the for loop is faster
    return x;
}

private static void whileloop(ref String x, ref Int64 i)
{
    while (FIVE_BN > i++)
        x = null; //Replace with only ; in both loops and the for loop is faster
}

这非常有趣......它表明这两个功能确实不同.

现在,当我们用循环中的逻辑替换时,;我们得到以下提取的方法:

private static Int64 forLoopShort(Int64 i)
{

    for (; FIVE_BN > i; i++)
        ; //Replace with only ; in both loops and the for loop is faster
    return i;
}

private static Int64 whileLoopShort(Int64 i)
{

    while (FIVE_BN > i++)
        ; //Replace with only ; in both loops and the for loop is faster
    return i;
}

这表明循环与此配置基本相同的原因.

为了弄清楚它们在内联时是如何不同的(而不是提取到方法中),我们需要看看优化的CLR编码是什么样的(虽然优化器实际上可能会删除两个函数之间的任何显着差异)..这是以后的事情编辑.

编辑:

CIL揭示了差异:

For循环有,.maxstack 2但while循环有.maxstack 4,否则操作顺序有一点差异,因为while循环开始时发生的增量但for操作发生在循环结束时(更改内容)循环到Console.WriteLine(i)并看到While循环将从1打印但For循环将从0打印(尽管两者都执行相同数量的循环迭代).

当循环内容只是;两个循环在CIL中缩短了2行时删除了以下行(对于两个循环):

IL_0006:  ldnull
IL_0007:  stloc.0

但是,当我们构建版本时,代码是非常不同的:

对于任一循环,x = null;和之间的区别;是什么,因为优化器已经注意到值永远不会变为非null.

优化for和while循环之间的区别如下:

CIL for循环:

IL_0000:  ldc.i4.0
IL_0001:  conv.i8
IL_0002:  stloc.0
IL_0003:  br.s       IL_000a
IL_0005:  ldloc.0
IL_0006:  ldc.i4.1
IL_0007:  conv.i8
IL_0008:  add
IL_0009:  stloc.0
IL_000a:  ldc.i8     0x12a05f200
IL_0013:  ldloc.0
IL_0014:  bgt.s      IL_0005
IL_0016:  ret

和CIL while循环:

IL_0000:  ldc.i4.0
IL_0001:  conv.i8
IL_0002:  stloc.0
IL_0003:  ldc.i8     0x12a05f200
IL_000c:  ldloc.0
IL_000d:  dup
IL_000e:  ldc.i4.1
IL_000f:  conv.i8
IL_0010:  add
IL_0011:  stloc.0
IL_0012:  bgt.s      IL_0003
IL_0014:  ret

因此我们可以看到优化的while循环比2循环的for循环更快,但它使用更多的堆栈空间.

这两者之间的差异似乎完全与i++发生地点的差异有关.

事实上,通过制定新方法可以证实这一点:

private static void forLoopVeryShort()
{
    string x;
    Int64 i = 0;

    for (; FIVE_BN > i++;)
        ; //Replace with only ; in both loops and the for loop is faster
}

for构建时(在发布或调试中)此方法的CIL代码与while循环的CIL代码相同.

你的不同之处就在于此.For循环执行与完全相同的行为时,while循环执行完全相同.您注意到的差异完全是由于在调试中运行代码而不是发布,结合JIT并不总是与发布代码优化器一样高效.

我很喜欢这个问题,我从中学到了一些东西; 我希望其他人也这样做.+1

Answer 2

你可能想要打破cordbg(并小心地启用所有JIT优化)来查看生成的本机代码,以确定为什么会发生这种情况......但为什么要这么麻烦？在实际代码中,差异不会很大,因为您将在循环中进行实际工作.

微观优化完全不切实际的代码并不是一项富有成效的工作,IMO.即使微观优化实际代码通常也不富有成效,除非您已经确认这是瓶颈.