Question

我目前正在优化一个应用程序，其中一个经常执行的操作是读写二进制文件。我需要两种类型的功能：

Set(byte[] target, int index, int value);

int Get(byte[] source, int index);

这些函数是有符号和无符号short，int和long的大端和小端序。

以下是我所做的一些例子，但我需要对优缺点进行评估：

第一种方法是使用Marshal将值写入byte []的内存中，第二种方法是使用普通指针来完成此操作，第三种方法使用BitConverter和BlockCopy来执行此操作

unsafe void Set(byte[] target, int index, int value)
{
    fixed (byte* p = &target[0])
    {
        Marshal.WriteInt32(new IntPtr(p), index, value);
    }
}

unsafe void Set(byte[] target, int index, int value)
{
    int* p = &value;
    for (int i = 0; i < 4; i++)
    {
        target[offset + i] = *((byte*)p + i);
    }
}

void Set(byte[] target, int index, int value)
{
    byte[] data = BitConverter.GetBytes(value);
    Buffer.BlockCopy(data, 0, target, index, data.Length);
}

以下是Read / Get方法：

第一个是使用Marshal从byte []读取值，第二个是使用普通指针，第三个是再次使用BitConverter：

unsafe int Get(byte[] source, int index)
{
    fixed (byte* p = &source[0])
    {
        return Marshal.ReadInt32(new IntPtr(p), index);
    }
}

unsafe int Get(byte[] source, int index)
{
    fixed (byte* p = &source[0])
    {
        return *(int*)(p + index);
    }
}

unsafe int Get(byte[] source, int index)
{
    return BitConverter.ToInt32(source, index);
}

边界检查需要完成，但不是我的问题的一部分......

如果有人能说出在这种情况下最好和最快的方法，或者给我一些其他解决方案，我会很高兴。通用的解决方案更可取

我刚做了一些性能测试，结果如下：

设置Marshal：45 ms，设置指针：48 ms，设置BitConverter：71 ms 获得Marshal：45 ms，获取指针：26 ms，获取BitConverter：30 ms

似乎使用指针是快速的方法，但我认为Marshal和BitConverter会进行一些内部检查......有人可以验证这个吗？

Answer 1

重要提示：如果您只需要一个端点，请参阅wj32 / dtb的指针魔力

就个人而言，我会直接写一个Stream（也许有一些缓冲），并重新使用我通常认为是干净的共享缓冲区。然后你可以做一些快捷方式并假设索引0/1/2/3。

当然不要使用BitConverter，因为它不能用于您需要的little / big-endian。我也倾向于使用位移而不是不安全等。基于以下内容，它实际上是最快的（所以我很高兴我已经这样做了我的代码here，寻找EncodeInt32Fixed）：

Set1: 371ms
Set2: 171ms
Set3: 993ms
Set4: 91ms <==== bit-shifting ;-p

代码：

using System;
using System.Diagnostics;
using System.Runtime.InteropServices;
static class Program
{
    static void Main()
    {
        const int LOOP = 10000000, INDEX = 100, VALUE = 512;
        byte[] buffer = new byte[1024];
        Stopwatch watch;

        watch = Stopwatch.StartNew();
        for (int i = 0; i < LOOP; i++)
        {
            Set1(buffer, INDEX, VALUE);
        }
        watch.Stop();
        Console.WriteLine("Set1: " + watch.ElapsedMilliseconds + "ms");

        watch = Stopwatch.StartNew();
        for (int i = 0; i < LOOP; i++)
        {
            Set2(buffer, INDEX, VALUE);
        }
        watch.Stop();
        Console.WriteLine("Set2: " + watch.ElapsedMilliseconds + "ms");

        watch = Stopwatch.StartNew();
        for (int i = 0; i < LOOP; i++)
        {
            Set3(buffer, INDEX, VALUE);
        }
        watch.Stop();
        Console.WriteLine("Set3: " + watch.ElapsedMilliseconds + "ms");

        watch = Stopwatch.StartNew();
        for (int i = 0; i < LOOP; i++)
        {
            Set4(buffer, INDEX, VALUE);
        }
        watch.Stop();
        Console.WriteLine("Set4: " + watch.ElapsedMilliseconds + "ms");

        Console.WriteLine("done");
        Console.ReadLine();
    }
    unsafe static void Set1(byte[] target, int index, int value)
    {
        fixed (byte* p = &target[0])
        {
            Marshal.WriteInt32(new IntPtr(p), index, value);
        }
    }

    unsafe static void Set2(byte[] target, int index, int value)
    {
        int* p = &value;
        for (int i = 0; i < 4; i++)
        {
            target[index + i] = *((byte*)p + i);
        }
    }

    static void Set3(byte[] target, int index, int value)
    {
        byte[] data = BitConverter.GetBytes(value);
        Buffer.BlockCopy(data, 0, target, index, data.Length);
    }
    static void Set4(byte[] target, int index, int value)
    {
        target[index++] = (byte)value;
        target[index++] = (byte)(value >> 8);
        target[index++] = (byte)(value >> 16);
        target[index] = (byte)(value >> 24);
    }
}

Answer 2

使用Marc Gravell的Set1至Set4和下面的Set5，我的机器上会显示以下数字：

Set1: 197ms
Set2: 102ms
Set3: 604ms
Set4: 68ms
Set5: 55ms <==== pointer magic ;-p

代码：

unsafe static void Set5(byte[] target, int index, int value)
{
    fixed (byte* p = &target[index])
    {
        *((int*)p) = value;                
    }
}

当然，当字节数组在每次迭代时没有固定但只有一次时，它会更快：

Set6: 10ms (little endian)
Set7: 85ms (big endian)

代码：

if (!BitConverter.IsLittleEndian)
{
    throw new NotSupportedException();
}

watch = Stopwatch.StartNew();
fixed (byte* p = buffer)
{
    for (int i = 0; i < LOOP; i++)
    {
        *((int*)(p + INDEX)) = VALUE;
    }
}
watch.Stop();
Console.WriteLine("Set6: " + watch.ElapsedMilliseconds + "ms");

watch = Stopwatch.StartNew();
fixed (byte* p = buffer)
{
    for (int i = 0; i < LOOP; i++)
    {
        *((int*)(p + INDEX)) = System.Net.IPAddress.HostToNetworkOrder(VALUE);
    }
}
watch.Stop();
Console.WriteLine("Set7: " + watch.ElapsedMilliseconds + "ms");

Answer 3

指针是要走的路。使用 fixed 关键字固定对象非常便宜，并且可以避免调用WriteInt32和BlockCopy等函数的开销。对于“通用解决方案”，您可以简单地使用void *并使用您自己的memcpy（因为您处理的是少量数据）。但是指针不适用于真正的泛型。

Answer 4

您应该对代码进行一些分析，以揭示这是否是瓶颈。另外看一下你的代码，看来你正在使用.Net函数调用将一个字节写入一个非托管数组，包括内存上的一个引脚和一个不安全代码的调用......

你可能会更好地宣布一个.Net System.IO.MemoryStream并寻求和写入它，尽可能使用流编写器推送你的更改，这应该使用更少的函数调用，并且不需要不安全码。你会发现指针在C＃中更有用，如果你正在做像DSP这样的事情，你需要对数组中的每个值执行单个操作等。

编辑：我还要提一下，根据您正在做的事情，您可能会发现CPU缓存将生效，如果您可以继续处理适合缓存的单个小区域内存，那么您将获得最佳性能。

最快的二进制读写方式

4 个答案: