草庐IT

c# - C#中内联方法的成本

coder 2024-05-21 原文

我最近在 C# 中实现了 QuickSort 算法。对包含数百万项的整数数组进行排序,代码的性能比 .NET 的实现落后大约 10%。

private static void QS(int[] arr, int left, int right)
{
    if (left >= right) return;

    var pIndex = Partition(arr, left, right);
    QS( arr, left, pIndex);
    QS( arr, pIndex + 1, right);
}

在包含 500 万个项目的数组中,此代码比 .NET 慢约 60 毫秒。

随后,我创建了另一个具有 Partition() 的方法。内联到 QS() 中的方法(消除方法调用和 return 语句)。然而,这导致性能下降到比 .NET 的排序方法慢约 250 毫秒。

为什么会发生这种情况?

编辑:这是 Partition() 的代码方法。在 QS() 的内联版本中,该方法的全部内容,除了 return语句替换了 var pIndex = Partition(arr, left, right);线。
private static int Partition(int[] arr, int left, int right)
{
    int pivot = arr[left];
    int leftPoint = left - 1;
    int pIndex = right + 1;
    int temp = 0;

    while (true)
    {
        do { pIndex--; } while (arr[pIndex] > pivot);
        do { leftPoint++; } while (arr[leftPoint] < pivot);

        if (leftPoint < pIndex)
        {
            temp = arr[leftPoint];
            arr[leftPoint] = arr[pIndex];
            arr[pIndex] = temp;
        }
        else { break; }
    }
    return pIndex;
}

编辑#2:
如果有人对编译感兴趣,这里是调用算法的代码:

编辑#3:
来自 Haymo 建议的新测试代码。
private static void Main(string[] args)
{
    const int globalRuns = 10;
    const int localRuns = 1000;

    var source = Enumerable.Range(1, 200000).OrderBy(n => Guid.NewGuid()).ToArray();
    var a = new int[source.Length];

    int start, end, total;

    for (int z = 0; z < globalRuns; z++)
    {
        Console.WriteLine("Run #{0}", z+1);

        total = 0;
        for (int i = 0; i < localRuns; i++)
        {
            Array.Copy(source, a, source.Length);
            start = Environment.TickCount;
            Array.Sort(a);
            end = Environment.TickCount;
            total += end - start;
        }
        Console.WriteLine("{0}\t\tTtl: {1}ms\tAvg: {2}ms", ".NET", total, total / localRuns);

        total = 0;
        for (int i = 0; i < localRuns; i++)
        {
            Array.Copy(source, a, source.Length);
            start = Environment.TickCount;
            Quicksort.SortInline(a);
            end = Environment.TickCount;
            total += end - start;
        }
        Console.WriteLine("{0}\t\tTtl: {1}ms\tAvg: {2}ms", "Inlined", total, total / localRuns);

        total = 0;
        for (int i = 0; i < localRuns; i++)
        {
            Array.Copy(source, a, source.Length);
            start = Environment.TickCount;
            Quicksort.SortNonInline(a);
            end = Environment.TickCount;
            total += end - start;
        }
        Console.WriteLine("{0}\tTtl: {1}ms\tAvg: {2}ms\n", "Not inlined", total, total / localRuns);
    }
}

最佳答案

根据问题中提供的信息,人们只能猜测并说出一些想法。

你测量对了吗?请记住,为了获得可靠的性能结果,应该(至少)

  • 运行不带调试器的发布版本
  • 经常重复测试并对结果取平均值
  • 使测试公平,即。为所有测试对象提供相同的“资源配置”

  • 为了确保(假设的)性能下降的根源确实与函数内联有关,可以调查生成的 IL 代码。甚至更好:JIT 编译器生成的机器指令。

    对于 ILNumerics我们实现了自定义快速排序并进行了很多性能测量。最终的算法比 CLR 版本快几倍。手动内联只是一项改进,这是提高性能所必需的。其他有:
  • 不使用递归
  • 使用不安全的比较/交换
  • 对较小的分区使用插入排序
  • 优化临时(堆栈替换)阵列的有限大小

  • 很多时候,奇怪的性能结果的来源是通过算法(错误)使用内存的方式找到的。另一个可能存在于不同的指令流中,这些指令流最终或多或少地成功地被任何涉及的编译器/处理器优化。整体执行性能是一个高度复杂的野兽,很难确定性地猜测,因此 分析器是您最好的 friend !

    @编辑:通过查看您的主要测试例程,您似乎主要测量处理器/主内存的内存带宽。长度为 5*10e6 的 int[] 数组大小约为 19 MB。这很可能超出了您的缓存范围。因此,大多数情况下,由于强制缓存未命中,处理器将等待内存。这使得难以猜测任何代码重构的影响的度量。我建议尝试以这种方式衡量:(伪代码)
  • 生成测试数据
  • 为副本分配数组
  • 迭代全局重复次数(假设为 10)
  • Array.Sort 的内部重复(例如 1000)
  • 复制(未排序的)测试数据
  • 排序 复制 按 Array.Sort
  • 添加时间
  • Array.Sort 的平均时间
  • Quicksort.Sort 的内部重复(例如 1000)
  • 复制(未排序的)测试数据
  • 排序 复制 通过 Quicksort.Sort
  • 添加时间
  • Quicksort.Sort 的平均时间
  • Quicksort.Sort2 的内部重复(例如 1000)
  • 复制(未排序的)测试数据
  • 排序 复制 通过 Quicksort.Sort2
  • 添加时间
  • Quicksort.Sort2 的平均时间

  • 目标是让快速排序只使用缓存中的数据。因此,请确保不要从新内存重新创建副本,而是只有两个全局实例:原始实例和要排序的副本。两者都必须同时适合您的(最后一级)缓存!有一些空间(对于系统上的其他进程),一个很好的猜测是只使用两个阵列可用的最后一级缓存大小的一半。根据您的真实缓存大小,250k 的测试长度似乎更合理。

    @Edit2:我运行了你的代码,得到了相同的结果,并在 VS 调试器中查看了(优化的)机器指令。这是两个版本的相关部分:
    Not inlined: 
        69:                 do { pIndex--; } while (arr[pIndex] > pivot);
    00000017  dec         ebx 
    00000018  cmp         ebx,esi 
    0000001a  jae         00000053 
    0000001c  cmp         dword ptr [ecx+ebx*4+8],edi 
    00000020  jg          00000017 
        70:                 do { leftPoint++; } while (arr[leftPoint] < pivot);
    00000022  inc         edx 
    00000023  cmp         edx,esi 
    00000025  jae         00000053 
    00000027  cmp         dword ptr [ecx+edx*4+8],edi 
    0000002b  jl          00000022 
    
    
    Inlined: 
        97:                 do { pIndex--; } while (arr[pIndex] > pivot);
    00000038  dec         dword ptr [ebp-14h] 
    0000003b  mov         eax,dword ptr [ebp-14h] 
    0000003e  cmp         eax,edi 
    00000040  jae         00000097 
    00000042  cmp         dword ptr [esi+eax*4+8],ebx 
    00000046  jg          00000038 
        98:                 do { leftPoint++; } while (arr[leftPoint] < pivot);
    00000048  inc         ecx 
    00000049  cmp         ecx,edi 
    0000004b  jae         00000097 
    0000004d  cmp         dword ptr [esi+ecx*4+8],ebx 
    00000051  jl          00000048 
    

    可以看出,“非内联”版本确实更好地利用了寄存器来递减运行索引(第 69/97 行)。显然 JIT 决定不压栈和弹出栈上的相应寄存器,因为同一函数中的其他代码正在使用相同的寄存器。由于这是一个热循环(并且 CLR 无法识别),因此整体执行速度会受到影响。因此,在这种特定情况下,手动内联 Partition 函数是无利可图的。

    但是,如您所知,不能保证其他版本的 CLR 也会这样做。 64 位甚至可能会出现差异。

    关于c# - C#中内联方法的成本,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/9556800/

    有关c# - C#中内联方法的成本的更多相关文章

    1. ruby - 如何使用 Nokogiri 的 xpath 和 at_xpath 方法 - 2

      我正在学习如何使用Nokogiri,根据这段代码我遇到了一些问题:require'rubygems'require'mechanize'post_agent=WWW::Mechanize.newpost_page=post_agent.get('http://www.vbulletin.org/forum/showthread.php?t=230708')puts"\nabsolutepathwithtbodygivesnil"putspost_page.parser.xpath('/html/body/div/div/div/div/div/table/tbody/tr/td/div

    2. ruby - 如何从 ruby​​ 中的字符串运行任意对象方法? - 2

      总的来说,我对ruby​​还比较陌生,我正在为我正在创建的对象编写一些rspec测试用例。许多测试用例都非常基础,我只是想确保正确填充和返回值。我想知道是否有办法使用循环结构来执行此操作。不必为我要测试的每个方法都设置一个assertEquals。例如:describeitem,"TestingtheItem"doit"willhaveanullvaluetostart"doitem=Item.new#HereIcoulddotheitem.name.shouldbe_nil#thenIcoulddoitem.category.shouldbe_nilendend但我想要一些方法来使用

    3. ruby - 为什么我可以在 Ruby 中使用 Object#send 访问私有(private)/ protected 方法? - 2

      类classAprivatedeffooputs:fooendpublicdefbarputs:barendprivatedefzimputs:zimendprotecteddefdibputs:dibendendA的实例a=A.new测试a.foorescueputs:faila.barrescueputs:faila.zimrescueputs:faila.dibrescueputs:faila.gazrescueputs:fail测试输出failbarfailfailfail.发送测试[:foo,:bar,:zim,:dib,:gaz].each{|m|a.send(m)resc

    4. ruby - Facter::Util::Uptime:Module 的未定义方法 get_uptime (NoMethodError) - 2

      我正在尝试设置一个puppet节点,但ruby​​gems似乎不正常。如果我通过它自己的二进制文件(/usr/lib/ruby/gems/1.8/gems/facter-1.5.8/bin/facter)在cli上运行facter,它工作正常,但如果我通过由ruby​​gems(/usr/bin/facter)安装的二进制文件,它抛出:/usr/lib/ruby/1.8/facter/uptime.rb:11:undefinedmethod`get_uptime'forFacter::Util::Uptime:Module(NoMethodError)from/usr/lib/ruby

    5. Ruby 方法() 方法 - 2

      我想了解Ruby方法methods()是如何工作的。我尝试使用“ruby方法”在Google上搜索,但这不是我需要的。我也看过ruby​​-doc.org,但我没有找到这种方法。你能详细解释一下它是如何工作的或者给我一个链接吗?更新我用methods()方法做了实验,得到了这样的结果:'labrat'代码classFirstdeffirst_instance_mymethodenddefself.first_class_mymethodendendclassSecond使用类#returnsavailablemethodslistforclassandancestorsputsSeco

    6. ruby-on-rails - Rails 3.2.1 中 ActionMailer 中的未定义方法 'default_content_type=' - 2

      我在我的项目中添加了一个系统来重置用户密码并通过电子邮件将密码发送给他,以防他忘记密码。昨天它运行良好(当我实现它时)。当我今天尝试启动服务器时,出现以下错误。=>BootingWEBrick=>Rails3.2.1applicationstartingindevelopmentonhttp://0.0.0.0:3000=>Callwith-dtodetach=>Ctrl-CtoshutdownserverExiting/Users/vinayshenoy/.rvm/gems/ruby-1.9.3-p0/gems/actionmailer-3.2.1/lib/action_mailer

    7. ruby - Highline 询问方法不会使用同一行 - 2

      设置:狂欢ruby1.9.2高线(1.6.13)描述:我已经相当习惯在其他一些项目中使用highline,但已经有几个月没有使用它了。现在,在Ruby1.9.2上全新安装时,它似乎不允许在同一行回答提示。所以以前我会看到类似的东西:require"highline/import"ask"Whatisyourfavoritecolor?"并得到:Whatisyourfavoritecolor?|现在我看到类似的东西:Whatisyourfavoritecolor?|竖线(|)符号是我的终端光标。知道为什么会发生这种变化吗? 最佳答案

    8. ruby - 主要 :Object when running build from sublime 的未定义方法 `require_relative' - 2

      我已经从我的命令行中获得了一切,所以我可以运行rubymyfile并且它可以正常工作。但是当我尝试从sublime中运行它时,我得到了undefinedmethod`require_relative'formain:Object有人知道我的sublime设置中缺少什么吗?我正在使用OSX并安装了rvm。 最佳答案 或者,您可以只使用“require”,它应该可以正常工作。我认为“require_relative”仅适用于ruby​​1.9+ 关于ruby-主要:Objectwhenrun

    9. ruby - 多个属性的 update_column 方法 - 2

      我有一个具有一些属性的模型:attr1、attr2和attr3。我需要在不执行回调和验证的情况下更新此属性。我找到了update_column方法,但我想同时更新三个属性。我需要这样的东西:update_columns({attr1:val1,attr2:val2,attr3:val3})代替update_column(attr1,val1)update_column(attr2,val2)update_column(attr3,val3) 最佳答案 您可以使用update_columns(attr1:val1,attr2:val2

    10. ruby - 检查方法参数的类型 - 2

      我不确定传递给方法的对象的类型是否正确。我可能会将一个字符串传递给一个只能处理整数的函数。某种运行时保证怎么样?我看不到比以下更好的选择:defsomeFixNumMangler(input)raise"wrongtype:integerrequired"unlessinput.class==FixNumother_stuffend有更好的选择吗? 最佳答案 使用Kernel#Integer在使用之前转换输入的方法。当无法以任何合理的方式将输入转换为整数时,它将引发ArgumentError。defmy_method(number)

    随机推荐