上次我对C#类与结构体做了一次速度评测（http://blog.csdn.net/zyl910/article/details/6788417）。经过一段时间思索，发现还可以进一步探讨——
第一、栈变量。上次的“硬编码”，是访问类中的静态变量的。若改为访问函数中的栈变量，性能会不会有所提高？
第二、栈分配（stackalloc）。既然要测试栈变量，我们还可以顺便测试一下在栈上分配的内存块的访问性能。
第三、64位整数。由于32位系统的成功，我们已经习惯了使用32位整数（int）。现在64位系统逐渐普及，我们得为此做好准备。对于指针操作时经常要用到的偏移量增减运算来说，是使用32位整数，还是使用64位整数，或写两套代码？这需要测试后才能决定。
第四、密封类（sealed）。听说密封类能提高性能，我们可以测试一下。有两种测试方式，一是为原来的派生类增加sealed关键字，二是专门另外写一个密封类。我决定同时使用这两种方法，分别测试其性能。
一、测试代码
测试代码如下——
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Diagnostics;
namespace TryPointerCall
{
/// <summary>
/// 指针操作接口
/// </summary>
public interface IPointerCall
{
/// <summary>
/// 指针操作
/// </summary>
/// <param name="p">源指针</param>
/// <returns>修改后指针</returns>
unsafe byte* Ptr(byte* p);
}
#region 非泛型
/// <summary>
/// [非泛型] 指针操作基类
/// </summary>
public abstract class PointerCall : IPointerCall
{
public abstract unsafe byte* Ptr(byte* p);
}
/// <summary>
/// [非泛型] 指针操作派生类: 指针+偏移
/// </summary>
public sealed class PointerCallAdd : PointerCall
{
/// <summary>
/// 偏移值
/// </summary>
public int Offset = 0;
public override unsafe byte* Ptr(byte* p)
{
return unchecked(p + Offset);
}
}
/// <summary>
/// [非泛型] 指针操作密封类: 指针+偏移
/// </summary>
public sealed class SldPointerCallAdd : IPointerCall
{
/// <summary>
/// 偏移值
/// </summary>
public int Offset = 0;
public unsafe byte* Ptr(byte* p)
{
return unchecked(p + Offset);
}
}
/// <summary>
/// [非泛型] 指针操作结构体: 指针+偏移
/// </summary>
public struct SPointerCallAdd : IPointerCall
{
/// <summary>
/// 偏移值
/// </summary>
public int Offset;
public unsafe byte* Ptr(byte* p)
{
return unchecked(p + Offset);
}
}
#endregion
#region 泛型
// !!! C#不支持将整数类型作为泛型约束 !!!
//public abstract class GenPointerCall<T> : IPointerCall where T: int, long
//{
// public abstract unsafe byte* Ptr(byte* p);
// void d()
// {
// }
//}
#endregion
#region 全部测试
/// <summary>
/// 指针操作的一些常用函数
/// </summary>
public static class PointerCallTool
{
#if DEBUG
private const int CountLoop = 10000000; // 循环次数
#else
private const int CountLoop = 200000000; // 循环次数
#endif
/// <summary>
/// 调用指针操作
/// </summary>
/// <typeparam name="T">具有IPointerCall接口的类型。</typeparam>
/// <param name="ptrcall">调用者</param>
/// <param name="p">源指针</param>
/// <returns>修改后指针</returns>
public static unsafe byte* CallPtr<T>(T ptrcall, byte* p) where T : IPointerCall
{
return ptrcall.Ptr(p);
}
public static unsafe byte* CallClassPtr<T>(T ptrcall, byte* p) where T : PointerCall
{
return ptrcall.Ptr(p);
}
public static unsafe byte* CallRefPtr<T>(ref T ptrcall, byte* p) where T : IPointerCall
{
return ptrcall.Ptr(p);
}
// C#不允许将特定的结构体作为泛型约束。所以对于结构体只能采用上面那个方法，通过IPointerCall接口进行约束，可能会造成性能下降。
//public static unsafe byte* SCallPtr<T>(T ptrcall, byte* p) where T : SPointerCallAdd
//{
// return ptrcall.Ptr(p);
//}
private static int TryIt_Static_Offset;
private static unsafe byte* TryIt_Static_Ptr(byte* p)
{
return unchecked(p + TryIt_Static_Offset);
}
/// <summary>
/// 执行测试 - 静态调用
/// </summary>
/// <param name="sOut">文本输出</param>
private static unsafe void TryIt_Static(StringBuilder sOut, int CountLoop)
{
TryIt_Static_Offset = 1;
// == 性能测试 ==
byte* p = null;
Stopwatch sw = new Stopwatch();
int i;
unchecked
{
#region 测试
// 硬编码.栈变量
int iOffset = 1;
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = p + iOffset;
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("硬编码.栈变量:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
// 硬编码.栈分配
int* pOffset = stackalloc int[1];
pOffset[0] = 1;
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = p + pOffset[0];
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("硬编码.栈分配:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
// 硬编码.静态
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = p + TryIt_Static_Offset;
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("硬编码.静态:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
// 静态调用
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = TryIt_Static_Ptr(p);
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("静态调用:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
#endregion // 测试
}
}
private static long TryIt_Static64_Offset;
private static unsafe byte* TryIt_Static64_Ptr(byte* p)
{
return unchecked(p + TryIt_Static64_Offset);
}
/// <summary>
/// 执行测试 - 静态调用
/// </summary>
/// <param name="sOut">文本输出</param>
private static unsafe void TryIt_Static64(StringBuilder sOut, int CountLoop)
{
TryIt_Static64_Offset = 1;
// == 性能测试 ==
byte* p = null;
Stopwatch sw = new Stopwatch();
int i;
unchecked
{
#region 测试
// 硬编码.栈变量
long iOffset = 1;
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = p + iOffset;
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("64硬编码.栈变量:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
// 硬编码.栈分配
long* pOffset = stackalloc long[1];
pOffset[0] = 1;
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = p + pOffset[0];
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("64硬编码.栈分配:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
// 硬编码.静态
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = p + TryIt_Static64_Offset;
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("64硬编码.静态:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
// 静态调用
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = TryIt_Static64_Ptr(p);
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("64静态调用:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
#endregion // 测试
}
}
/// <summary>
/// 执行测试 - 非泛型
/// </summary>
/// <param name="sOut">文本输出</param>
private static unsafe void TryIt_NoGen(StringBuilder sOut, int CountLoop)
{
// 创建
PointerCallAdd pca = new PointerCallAdd();
SldPointerCallAdd dpca = new SldPointerCallAdd();
SPointerCallAdd spca;
pca.Offset = 1;
spca.Offset = 1;
// 转型
PointerCall pca_base = pca;
IPointerCall pca_itf = pca;
IPointerCall dpca_itf = dpca;
IPointerCall spca_itf = spca;
// == 性能测试 ==
byte* p = null;
Stopwatch sw = new Stopwatch();
int i;
unchecked
{
#region 调用
#region 直接调用
// 调用派生类
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = pca.Ptr(p);
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("调用派生类:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
// 调用密封类
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = dpca.Ptr(p);
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("调用密封类:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
// 调用结构体
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = spca.Ptr(p);
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("调用结构体:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
#endregion // 直接调用
#region 间接调用
// 调用基类
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = pca_base.Ptr(p);
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("调用基类:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
// 调用派生类的接口
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = pca_itf.Ptr(p);
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("调用派生类的接口:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
// 调用密封类的接口
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = dpca_itf.Ptr(p);
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("调用密封类的接口:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
// 调用结构体的接口
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = spca_itf.Ptr(p);
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("调用结构体的接口:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
#endregion // 间接调用
#endregion // 调用
#region 泛型调用
#region 泛型基类约束
// 基类泛型调用派生类
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = CallClassPtr(pca, p);
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("基类泛型调用派生类:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
// 基类泛型调用基类
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = CallClassPtr(pca_base, p);
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("基类泛型调用基类:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
#endregion // 泛型基类约束
#region 泛型接口约束 - 直接调用
// 接口泛型调用派生类
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = CallPtr(pca, p);
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("接口泛型调用派生类:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
// 接口泛型调用密封类
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = CallPtr(dpca, p);
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("接口泛型调用密封类:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
// 接口泛型调用结构体
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = CallPtr(spca, p);
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("接口泛型调用结构体:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
// 接口泛型调用结构体引用
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = CallRefPtr(ref spca, p);
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("接口泛型调用结构体引用:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
#endregion // 直接调用
#region 间接调用
// 接口泛型调用基类
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = CallPtr(pca_base, p);
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("接口泛型调用基类:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
// 接口泛型调用派生类的接口
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = CallPtr(pca_itf, p);
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("接口泛型调用派生类的接口:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
// 接口泛型调用密封类的接口
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = CallPtr(dpca_itf, p);
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("接口泛型调用密封类的接口:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
// 接口泛型调用结构体的接口
sw.Reset();
sw.Start();
for (i = 0; i < CountLoop; ++i)
{
p = CallPtr(spca_itf, p);
}
sw.Stop();
sOut.AppendLine(string.Format("接口泛型调用结构体的接口:\t{0}", sw.ElapsedMilliseconds));
#endregion // 间接调用
#endregion // 泛型调用
}
}
/// <summary>
/// 执行测试 - 泛型
/// </summary>
/// <param name="sOut">文本输出</param>
private static unsafe void TryIt_Gen(StringBuilder sOut, int CountLoop)
{
// !!! C#不支持将整数类型作为泛型约束 !!!
}
/// <summary>
/// 执行测试
/// </summary>
public static string TryIt()
{
StringBuilder sOut = new StringBuilder();
sOut.AppendLine("== PointerCallTool.TryIt() ==");
TryIt_Static(sOut, CountLoop);
TryIt_Static64(sOut, CountLoop);
TryIt_NoGen(sOut, CountLoop);
TryIt_Gen(sOut, CountLoop);
sOut.AppendLine();
return sOut.ToString();
}
/// <summary>
/// 执行测试 - static
/// </summary>
public static string TryItStatic()
{
StringBuilder sOut = new StringBuilder();
int cnt = CountLoop * 10;
sOut.AppendLine("== PointerCallTool.TryItStatic() ==");
TryIt_Static(sOut, cnt);
TryIt_Static64(sOut, cnt);
sOut.AppendLine();
return sOut.ToString();
}
}
#endregion
}
二、测试环境
编译器——
VS2005：Visual Studio 2005 SP1。
VS2010：Visual Studio 2010 SP1。
采用上述编译器编译为Release版程序，最大速度优化。
机器A——
HP CQ42-153TX
处理器：Intel Core i5-430M(2.26GHz, Turbo 2.53GHz, 3MB L3)
内存容量：2GB (DDR3-1066)
机器B——
DELL Latitude E6320
处理器：Intel i3-2310M(2.1GHz, 3MB L3)
内存容量：4GB (DDR3-1333，双通道)
测试环境——
A_2005：机器A，VS2005，Window 7 32位。
A_2010：机器A，VS2010，Window 7 32位。
B_2005：机器B，VS2005，Window XP SP3 32位。
B_2010：机器B，VS2010，Window XP SP3 32位。
B64_2005：机器B，VS2005，Window 7 64位（x64）。
B64_2010：机器B，VS2010，Window 7 64位（x64）。
三、硬编码与静态调用 的测试结果（栈变量、栈分配、64位整数）
因为硬编码与静态调用很可能会被执行函数展开优化，速度明显比其他测试项目要快。所我另外写了一个测试函数（TryItStatic），将循环次数设为原来的10倍。
测试结果如下（单位：毫秒）——
| 模式 | A_2005 | A_2010 | B_2005 | B_2010 | B64_2005 | B64_2010 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 硬编码.栈变量: | 1608 | 1623 | 957 | 966 | 960 | 959 |
| 硬编码.栈分配: | 1612 | 1617 | 1073 | 957 | 961 | 960 |
| 硬编码.静态: | 1609 | 1613 | 957 | 971 | 961 | 960 |
| 静态调用: | 1608 | 1611 | 1063 | 958 | 961 | 963 |
| 64硬编码.栈变量: | 1610 | 1617 | 967 | 957 | 959 | 1010 |
| 64硬编码.栈分配: | 1610 | 1619 | 1034 | 957 | 960 | 1012 |
| 64硬编码.静态: | 1609 | 1618 | 999 | 996 | 957 | 1010 |
| 64静态调用: | 1610 | 1615 | 959 | 1002 | 957 | 7696 |
结果分析——
先看32位与64位的区别。发现在大多数情况，32位与64位的速度是一样的。唯一就是64位整数运算代码在“64位平台+VS2010”上运行时，速度比在32位下还慢，尤其是静态调用慢了好几倍，硬编码代码的速度也有所下降。真的很奇怪，既然运行的是同一份程序，为什么64位比32位还慢，难道是.Net 4.0在x64平台上的即时编译器的问题？不解。
栈变量、栈分配、静态变量的访问速度几乎一致，看来可以放心地随意使用。
看来以后写指针操作代码时，只写64位整数版就行了。
四、密封类 的测试结果
测试结果如下（单位：毫秒）——
模式 A_2005 A_2010 B_2005 B_2010 B64_2005B64_2010
硬编码.栈变量: 162 162 95 95 96 95
硬编码.栈分配: 161 161 95 95 95 97
硬编码.静态: 161 165 97 95 97 95
静态调用: 161 163 95 95 96 97
64硬编码.栈变量: 161161989596 100
64硬编码.栈分配: 160162959795 100
64硬编码.静态: 162 162 95 97 95 100
64静态调用: 161 161 95 95 97 770
调用派生类: 563 568 670 668 676 580
调用密封类: 161 162 101 103 102 767
调用结构体: 163 161 116 102 191 772
调用基类: 566 573 668 660 675 577
调用派生类的接口: 727 731 767 862 862 770
调用密封类的接口: 721 730 957 862 870 771
调用结构体的接口: 104511341318134013441253
基类泛型调用派生类: 910795127478912561287
基类泛型调用基类: 902 785 1092 676 1346 1250
接口泛型调用派生类: 1407733163486216331633
接口泛型调用密封类: 1405808173395617431638
接口泛型调用结构体: 5661606711018641250
接口泛型调用结构体引用: 48016170098769961
接口泛型调用基类: 1409728176776416311635
接口泛型调用派生类的接口: 1410727170296617301634
接口泛型调用密封类的接口: 1402808171995816351637
接口泛型调用结构体的接口: 161711281859149922082117
将测试结果重新排版一下，突出不同实现方法的速度区别——
| 环境 | 分类 | 基类 | 派生类 | 密封类 | 结构体 | 结构体的引用 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A_2005 | 直接调用 | 566 | 563 | 161 | 163 | |
| 接口调用 | 727 | 721 | 1045 | |||
| 基类约束泛型调用 | 902 | 910 | ||||
| 接口约束泛型调用 | 1407 | 1405 | 566 | 480 | ||
| 接口约束泛型调用接口 | 1409 | 1410 | 1402 | 1617 | ||
| A_2010 | 直接调用 | 573 | 568 | 162 | 161 | |
| 接口调用 | 731 | 730 | 1134 | |||
| 基类约束泛型调用 | 785 | 795 | ||||
| 接口约束泛型调用 | 733 | 808 | 160 | 161 | ||
| 接口约束泛型调用接口 | 728 | 727 | 808 | 1128 | ||
| B_2005 | 直接调用 | 668 | 670 | 101 | 116 | |
| 接口调用 | 767 | 957 | 1318 | |||
| 基类约束泛型调用 | 1092 | 1274 | ||||
| 接口约束泛型调用 | 1634 | 1733 | 671 | 700 | ||
| 接口约束泛型调用接口 | 1767 | 1702 | 1719 | 1859 | ||
| B_2010 | 直接调用 | 660 | 668 | 103 | 102 | |
| 接口调用 | 862 | 862 | 1340 | |||
| 基类约束泛型调用 | 676 | 789 | ||||
| 接口约束泛型调用 | 862 | 956 | 101 | 98 | ||
| 接口约束泛型调用接口 | 764 | 966 | 958 | 1499 | ||
| B64_2005 | 直接调用 | 675 | 676 | 102 | 191 | |
| 接口调用 | 862 | 870 | 1344 | |||
| 基类约束泛型调用 | 1346 | 1256 | ||||
| 接口约束泛型调用 | 1633 | 1743 | 864 | 769 | ||
| 接口约束泛型调用接口 | 1631 | 1730 | 1635 | 2208 | ||
| B64_2010 | 直接调用 | 577 | 580 | 767 | 772 | |
| 接口调用 | 770 | 771 | 1253 | |||
| 基类约束泛型调用 | 1250 | 1287 | ||||
| 接口约束泛型调用 | 1633 | 1638 | 1250 | 961 | ||
| 接口约束泛型调用接口 | 1635 | 1634 | 1637 | 2117 |
综合来看，密封类的性能最好，在大多数测试项目中名列前茅——
“直接调用”时能被内联（inline）优化，与“硬编码”一样快，快于派生类。
“接口调用”、“泛型调用接口”时与派生类性能一致，快于结构体的“接口调用”。
唯一就是在“泛型调用”时，落后于结构体，与派生类差不多稍微慢一点。
再就是奇怪的“64位平台+VS2010”问题，密封类、结构体在直接调用时，还不如派生类。
最后总结一下可能会被内联优化的调用类型——
32位平台+VS2005：调用密封类、调用结构体。
32位平台+VS2010：调用密封类、调用结构体、接口约束泛型调用结构体。
64位平台+VS2005：调用密封类、调用结构体。
64位平台+VS2010：（无）。
（完）
测试程序exe——
http://115.com/file/e6ymd5fe
http://download.csdn.net/detail/zyl910/3619643
源代码下载——
http://115.com/file/aqz167n9
http://download.csdn.net/detail/zyl910/3619647
目录——
C#类与结构体究竟谁快——各种函数调用模式速度评测：http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2011/09/19/2186623.html
再探C#类与结构体究竟谁快——考虑栈变量、栈分配、64位整数、密封类：http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2011/09/20/2186622.html
三探C#类与结构体究竟谁快——MSIL（微软中间语言）解读：http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2011/09/24/2189403.html
四探C#类与结构体究竟谁快——跨程序集（assembly）调用：http://www.cnblogs.com/zyl910/archive/2011/10/01/2197844.html
