c# - C# 编译器或 JIT 能否优化掉 lambda 表达式中的方法调用？

coder 2024-05-21 原文

我是在关于另一个 StackOverflow 问题的讨论( in comments )之后开始这个问题的，我很想知道答案。考虑以下表达式:

var objects = RequestObjects.Where(r => r.RequestDate > ListOfDates.Max());

移动ListOfDates.Max()的评价有没有(性能)优势？在这种情况下，在 Where 子句之外，还是会 1. 编译器或 2. JIT 优化它？
我相信 C# 只会在编译时进行常量折叠，并且可以说 ListOfDates.Max() 在编译时无法知道，除非 ListOfDates 本身在某种程度上是常量。
也许还有另一个编译器(或 JIT)优化可以确保只计算一次？

最佳答案

嗯，这是一个有点复杂的答案。

这里涉及两件事。 (1) 编译器和 (2) JIT。

编译器

简而言之，编译器只是将您的 C# 代码转换为 IL 代码。在大多数情况下，这是一个非常简单的翻译，.NET 的核心思想之一是每个函数都被编译为一个自治的 IL 代码块。

所以，不要对 C# -> IL 编译器期望过高。

JIT

那……有点复杂。

JIT 编译器基本上将您的 IL 代码转换为汇编程序。 JIT 编译器还包含一个基于 SSA 的优化器。但是，有一个时间限制，因为我们不想在代码开始运行之前等待太久。基本上这意味着 JIT 编译器不会做所有能让你的代码运行得非常快的 super 酷的事情，仅仅是因为这会花费太多时间。

我们当然可以把它放在测试中:) 确保 VS 在你运行时会优化(选项 -> 调试器 -> 取消选中抑制 [...] 和我的代码)，在 x64 Release模式下编译，放置一个断点并查看切换到汇编程序 View 时会发生什么。

但是，嘿，只有理论有什么乐趣？让我们来测试一下。 :)

static bool Foo(Func<int, int, int> foo, int a, int b)
{
    return foo(a, b) > 0;  // put breakpoint on this line.
}

public static void Test()
{
    int n = 2;
    int m = 2;
    if (Foo((a, b) => a + b, n, m)) 
    {
        Console.WriteLine("yeah");
    }
}

你应该注意到的第一件事是断点被击中。这已经说明该方法没有内联；如果是这样，您根本不会遇到断点。

接下来，如果您观察汇编器输出，您会注意到使用地址的“调用”指令。这是你的功能。仔细检查后，您会注意到它正在调用委托(delegate)。

现在，基本上这意味着调用不是内联的，因此没有优化以匹配本地(方法)上下文。换句话说，不使用委托(delegate)并将内容放入您的方法中可能比使用委托(delegate)更快。

另一方面，调用非常有效。基本上，函数指针只是简单地传递和调用。没有 vtable 查找，只是一个简单的调用。这意味着它可能胜过调用成员(例如 IL callvirt )。尽管如此，静态调用(IL call)应该更快，因为这些是可预测的编译时间。再次，让我们测试一下，好吗？

public static void Test()
{
    ISummer summer = new Summer();
    Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
    int n = 0;
    for (int i = 0; i < 1000000000; ++i)
    {
        n = summer.Sum(n, i);
    }
    Console.WriteLine("Vtable call took {0} ms, result = {1}", sw.ElapsedMilliseconds, n);

    Summer summer2 = new Summer();
    sw = Stopwatch.StartNew();
    n = 0;
    for (int i = 0; i < 1000000000; ++i)
    {
        n = summer.Sum(n, i);
    }
    Console.WriteLine("Non-vtable call took {0} ms, result = {1}", sw.ElapsedMilliseconds, n);

    Func<int, int, int> sumdel = (a, b) => a + b;
    sw = Stopwatch.StartNew();
    n = 0;
    for (int i = 0; i < 1000000000; ++i)
    {
        n = sumdel(n, i);
    }
    Console.WriteLine("Delegate call took {0} ms, result = {1}", sw.ElapsedMilliseconds, n);

    sw = Stopwatch.StartNew();
    n = 0;
    for (int i = 0; i < 1000000000; ++i)
    {
        n = Sum(n, i);
    }
    Console.WriteLine("Static call took {0} ms, result = {1}", sw.ElapsedMilliseconds, n);
}

结果:

Vtable call took 2714 ms, result = -1243309312
Non-vtable call took 2558 ms, result = -1243309312
Delegate call took 1904 ms, result = -1243309312
Static call took 324 ms, result = -1243309312

这里有趣的其实是最新的测试结果。请记住，静态调用 (IL call) 是完全确定的。这意味着针对编译器进行优化是一件相对简单的事情。如果您检查汇编器输出，您会发现对 Sum 的调用实际上是内联的。这是有道理的。实际上，如果您要测试它，只需将代码放入方法中与静态调用一样快。

关于 Equals 的小评论

如果您测量哈希表的性能，我的解释似乎有些可疑。它看起来好像 IEquatable<T>使事情进展得更快。

嗯，这确实是真的。 :-) 哈希容器使用 IEquatable<T>调用 Equals .现在，众所周知，对象都实现了 Equals(object o) .因此，容器可以调用 Equals(object)或 Equals(T) .调用本身的性能是一样的。

但是，如果您还实现 IEquatable<T> ，实现通常如下所示:

bool Equals(object o)
{
    var obj = o as MyType;
    return obj != null && this.Equals(obj);
}

此外，如果 MyType是一个结构体，运行时也需要应用装箱和拆箱。如果它只是拨打 IEquatable<T> ，这些步骤都不是必需的。因此，即使它看起来更慢，但这与调用本身无关。

您的问题

Will there be any (performance) advantage of moving the evaluation of ListOfDates.Max() out of the Where clause in this case, or will 1. the compiler or 2. JIT optimize this away?

是的，会有优势。编译器/JIT 不会优化它。

I believe C# will only do constant folding at compile time, and it could be argued that ListOfDates.Max() can not be known at compile time unless ListOfDates itself is somehow constant.

实际上，如果您将静态调用更改为 n = 2 + Sum(n, 2)您会注意到汇编器输出将包含 4 .这证明 JIT 优化器确实进行了常量折叠。 (实际上，如果您了解 SSA 优化器的工作原理，这将非常明显…… const 折叠和简化被调用了几次)。

函数指针本身没有优化。不过也可能是在 future 。

Perhaps there is another compiler (or JIT) optimization that makes sure that this is only evaluated once?

至于“另一种编译器”，如果您愿意添加“另一种语言”，则可以使用C++。在 C++ 中，这些类型的调用有时会被优化掉。

更有趣的是，Clang 基于 LLVM，并且还有一些用于 LLVM 的 C# 编译器。我相信 Mono 可以选择优化到 LLVM，而 CoreCLR 正在研究 LLILC。虽然我还没有测试过，但 LLVM 绝对可以做这些类型的优化。

关于c# - C# 编译器或 JIT 能否优化掉 lambda 表达式中的方法调用？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/36464287/

c#code br optimization lambda jit constant-expression

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