托管代码与非托管代码的执行效率比较

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值得一看

一、首先回答一个问题：托管代码（.net）比非托管代码（vc++）慢吗？

如果你用上面这个问题去问每一个人，基本上每个人都会回答，肯定会慢！ 那么他们说的是正确的吗？ 不，并不正确。 问题在于，绝大多数人认为.Net只是一个基于运行库的框架，就像Java或者VB，或者他们甚至以为.Net使用像Java一样的虚拟机系统。 他们并沒考虑到程序本身，沒考虑到程序是用来干什么，也没有考虑到访问网络或者磁盘的速度因素。简单来说，就是他们根本没有思考！

.NET并不像那种运行库（VB或者Java）。 它是一个经过精心构思的，并且微软在其身上下了极大功夫的框架，以保证它的良好运行。 在这篇文章 我将给大家展示一些将需要大量运算的代码，并且将他编译成托管以及非托管代码。 然后我将测量这两个库分别的表现。 你将看到， 并不会因为这是.net程序就自动要比c++程序慢，事实是，在某些情况，托管代码甚至比非托管代码更快。

基本上每个人都知道的是，所有.Net语言都将被编译成为一个叫做IL汇编的中间语言。但是计算机是如何执行这个中间代码的，却是很多人不知道，甚至理解错误了的。
JIT是.NET程序运行的重要部件之一，全称是即时编译器。我刚才说的误解，就是很多人（绝对不是少数，问了很多c++程序员，10个有9个这种想法）都以为JIT其实就是跟Java VM差不多的东西，是一个Interpreter，在运行时读取IL汇编代码，然后模拟成x86代码（也就是俗称的虚拟机）。但是事实上，.NET使用的是更为高级的技术。 .Net程序被加载入内存以后，当某段IL代码被第一次运行的时候，JIT编译器就会将这段IL代码，全部编译成本地代码，然后再执行。这也就是为什么.NET程序第一次运行都启动很慢的原因！ 随.NET库，微软还附带了一个工具，可以事先将.NET程序所有的IL代码都编译成本地代码并保存在缓存区中，这样一来，这个程序就跟c++编译的一模一样了，没有任何区别，运行时也可以脱离JIT了（这里不要混淆了，这里不是说可以脱离.NET库，而是说不需要在进行即时编译这个过程了）。所以，请不要将.NET和Java混为一谈，两个的运行效率根本不是一个等级的！

 

二、实验比较

作为测试算法，我们选中了FFT(Fast Fourier Transform),这是一个将跟时间有关系的数据（例如音乐）转换成他应有的频率信息的算法。
这个算法有很多种，如果你用Google搜索会发现很多，这里我选中了Real Discrete Fourier Transform， 因为他比较简单明了，比较好修改。 我将其复制了4份，分别用于测试托管的C++, C++/CLI,C#。

非托管的代码我只是将其函数名称改成了fourier，并且加入了__declspec(dllexport)用来导出。
托管的代码改动的要稍多些：

    * 方法参数改成了托管的Array, 并且使用Array::Length来代替额外的长度参数
    * 涉及到三角函数的地方都改为使用Math类下的方法
    * 算法被作为一个公开类的静态成员导出

然后我把托管的c++代码转换成了c#,只做了极小的变化（大多数是语法上以及申明上的改动）
最后，我又将托管的c++代码转换成了C++/CLI

然后我们将所有版本都分别编译几个不同的版本：未优化版，空间优化，速度优化.

结果：
我将这些程序分别在两台电脑上进行了测试，一台是装了.net 2.0的 XPSP2，处理器是PIII 850, 512MB内存。 另外一台是Vista build 5321，处理器是2GHz 移动PIV，1G内存，每次测试我都是取100次算法运算的平均值，结果单位是毫秒，以下是PIII电脑的运行结果：
                        沒优化              进行了空间优化  进行了速度优化
Unmanaged     92.88 ± 0.09  88.23 ± 0.09  68.48 ± 0.03
Managed C++  72.89 ± 0.03  72.26 ± 0.04  71.35 ± 0.06
C++/CLI           73.00 ± 0.05  72.32 ± 0.03  71.44 ± 0.04
C# Managed    72.21 ± 0.04  69.97 ± 0.08

PIV电脑的结果：
                        沒优化          进行了空间优化  进行了速度优化
Unmanaged     45.2 ± 0.1  30.04 ± 0.04  23.06 ± 0.04
Managed C++  23.5 ± 0.1  23.17 ± 0.08  23.36 ± 0.07
C++/CLI           23.5 ± 0.1  23.11 ± 0.07  23.80 ± 0.05
C# Managed    23.7 ± 0.1  22.78 ± 0.03

可以看出，非托管代码在不同的优化方案上存在很大的效率差异，PIII上不优化比优化慢35％，在PIV上也是。 在这个简陋的统计上表明，不管是哪种优化方案，管理代码在运行效率上并没有太大区别，编译器和连接器并没有影响到运行效率太多， 我在后面会说更多关于这方面的信息。
奇怪的是，在Vista下，管理代码进行空间优化甚至比进行速度优化速度更快！

C#的结果跟托管的C++比起来，并没有太大区别，但是可以看到， 优化过的c#代码比优化过的托管C++代码要稍快些。

现在来比较以下托管代码和非托管代码的结果。 在不优化的情况下，托管代码远远快于非托管代码，这个差距在优化空间后被稍微缩短了点，只有在进行速度优化后，非托管代码才比托管代码稍稍快上一点。非托管代码和C#代码的差别只有3%左右，不过，c#代码仍然比c++的更快！ 

 

三、机制实质

.NET的编译器（在这个情况下是托管的C++代码） 可以看成是与非托管C++编译器的Parser引擎是等价的。编译器将生成类，方法等的表，然后进行了一系列的高等级优化。 .NET真正的非托管编译器其实是JIT（即时编译器）：这才是程序真正转换成低等級的x86代码的地方..NET编译器和JIT编译的组合，其实跟非托管C++编译器等价的，唯一的不同是，.Net被分成了两个部分.事实上，JIT在运行托管代码时，对.NET程序针对客户电脑进行了优化，而不是像非托管代码那样是在程序员电脑上进行的优化。结果表明，托管C++代码和c#代码的优化设置带来的影响非常小。 显而易见的是，C#代码至少是跟C++代码同样高效。

记住！在.NET中没有任何一个部分是自动就必C++代码慢的，运行效率完全取决于程序员。任何一个告诉你托管代码比非托管代码慢的人，都是没有考虑到.NET运行机制的人，简单的说，就是对.NET一窍不通！

 

个人认为C++的编译（了解c++编译原理的都知道）在生成中间代码或汇编代码过程中，可能涉及到优化处理。优化有两种：一种优化仅涉及代码本身，主要是删除公共表达式、循环优化、代码外提、无用 代码赋值等。另一种优化设计具体的计算机硬件，比如，如何根据机器硬件执行指令的特点对指令进行调整优化，减少目标代码长度，提高执行效率。这是非托管代码,这样带来的一个不好的地方就是对于不同很多硬件的用户端，你要达到最好优化效率必须在不同编译环境编译不同版本

但是对于c#的来说，JIT编译则会自动根据硬件的环境去优化编译IL中间代码(其实就是汇编代码)。