为什么对值类型数组求和比对引用类型数组求和要慢?

时间:2018-12-09 19:38:26

标签: c# performance memory-management microbenchmark

我试图更好地理解内存在.NET中的工作方式,因此我在研究BenchmarkDotNet and diagnozers。我通过汇总数组项创建了一个比较classstruct性能的基准。我希望求和值类型总会更快。但是对于短数组则不是。谁能解释一下?

代码:

internal class ReferenceType
{
    public int Value;
}

internal struct ValueType
{
    public int Value;
}

internal struct ExtendedValueType
{
    public int Value;
    private double _otherData; // this field is here just to make the object bigger
}

我有三个数组:

    private ReferenceType[] _referenceTypeData;
    private ValueType[] _valueTypeData;
    private ExtendedValueType[] _extendedValueTypeData;

我使用相同的一组随机值进行初始化。

然后是一个基准测试方法:

    [Benchmark]
    public int ReferenceTypeSum()
    {
        var sum = 0;

        for (var i = 0; i < Size; i++)
        {
            sum += _referenceTypeData[i].Value;
        }

        return sum;
    }

Size是基准参数。 除我对ValueTypeSumExtendedValueTypeSum求和外,其他两个基准测试方法(_valueTypeData_extendedValueTypeData)相同。 Full code for the benchmark

基准测试结果

DefaultJob:.NET Framework 4.7.2(CLR 4.0.30319.42000),64位RyuJIT-v4.7.3190.0

               Method | Size |      Mean |     Error |    StdDev | Ratio | RatioSD |
--------------------- |----- |----------:|----------:|----------:|------:|--------:|
     ReferenceTypeSum |  100 |  75.76 ns | 1.2682 ns | 1.1863 ns |  1.00 |    0.00 |
         ValueTypeSum |  100 |  79.83 ns | 0.3866 ns | 0.3616 ns |  1.05 |    0.02 |
 ExtendedValueTypeSum |  100 |  78.70 ns | 0.8791 ns | 0.8223 ns |  1.04 |    0.01 |
                      |      |           |           |           |       |         |
     ReferenceTypeSum |  500 | 354.78 ns | 3.9368 ns | 3.6825 ns |  1.00 |    0.00 |
         ValueTypeSum |  500 | 367.08 ns | 5.2446 ns | 4.9058 ns |  1.03 |    0.01 |
 ExtendedValueTypeSum |  500 | 346.18 ns | 2.1114 ns | 1.9750 ns |  0.98 |    0.01 |
                      |      |           |           |           |       |         |
     ReferenceTypeSum | 1000 | 697.81 ns | 6.8859 ns | 6.1042 ns |  1.00 |    0.00 |
         ValueTypeSum | 1000 | 720.64 ns | 5.5592 ns | 5.2001 ns |  1.03 |    0.01 |
 ExtendedValueTypeSum | 1000 | 699.12 ns | 9.6796 ns | 9.0543 ns |  1.00 |    0.02 |

Core:.NET Core 2.1.4(CoreCLR 4.6.26814.03,CoreFX 4.6.26814.02),64位RyuJIT

               Method | Size |      Mean |     Error |    StdDev | Ratio | RatioSD |
--------------------- |----- |----------:|----------:|----------:|------:|--------:|
     ReferenceTypeSum |  100 |  76.22 ns | 0.5232 ns | 0.4894 ns |  1.00 |    0.00 |
         ValueTypeSum |  100 |  80.69 ns | 0.9277 ns | 0.8678 ns |  1.06 |    0.01 |
 ExtendedValueTypeSum |  100 |  78.88 ns | 1.5693 ns | 1.4679 ns |  1.03 |    0.02 |
                      |      |           |           |           |       |         |
     ReferenceTypeSum |  500 | 354.30 ns | 2.8682 ns | 2.5426 ns |  1.00 |    0.00 |
         ValueTypeSum |  500 | 372.72 ns | 4.2829 ns | 4.0063 ns |  1.05 |    0.01 |
 ExtendedValueTypeSum |  500 | 357.50 ns | 7.0070 ns | 6.5543 ns |  1.01 |    0.02 |
                      |      |           |           |           |       |         |
     ReferenceTypeSum | 1000 | 696.75 ns | 4.7454 ns | 4.4388 ns |  1.00 |    0.00 |
         ValueTypeSum | 1000 | 697.95 ns | 2.2462 ns | 2.1011 ns |  1.00 |    0.01 |
 ExtendedValueTypeSum | 1000 | 687.75 ns | 2.3861 ns | 1.9925 ns |  0.99 |    0.01 |

我已经使用BranchMispredictionsCacheMisses硬件计数器运行了基准测试,但是没有缓存未命中,也没有分支错误预测。我还检查了发布IL代码,基准测试方法仅在加载引用或值类型变量的指令上有所不同。

对于更大的数组大小,求和值类型数组总会更快(例如,因为值类型占用更少的内存),但是我不明白为什么对于较短的数组它会更慢。我在这里想念什么?为何增大struct(请参阅ExtendedValueType)使求和速度更快?

----更新----

受@usr的评论启发,我使用LegacyJit重新运行了基准测试。我还添加了受@Silver Shroud启发的内存诊断程序(是的,没有堆分配)。

Job = LegacyJitX64 Jit = LegacyJit平台= X64 运行时= Clr

               Method | Size |       Mean |      Error |     StdDev | Ratio | RatioSD | Gen 0/1k Op | Gen 1/1k Op | Gen 2/1k Op | Allocated Memory/Op |
--------------------- |----- |-----------:|-----------:|-----------:|------:|--------:|------------:|------------:|------------:|--------------------:|
     ReferenceTypeSum |  100 |   110.1 ns |  0.6836 ns |  0.6060 ns |  1.00 |    0.00 |           - |           - |           - |                   - |
         ValueTypeSum |  100 |   109.5 ns |  0.4320 ns |  0.4041 ns |  0.99 |    0.00 |           - |           - |           - |                   - |
 ExtendedValueTypeSum |  100 |   109.5 ns |  0.5438 ns |  0.4820 ns |  0.99 |    0.00 |           - |           - |           - |                   - |
                      |      |            |            |            |       |         |             |             |             |                     |
     ReferenceTypeSum |  500 |   517.8 ns | 10.1271 ns | 10.8359 ns |  1.00 |    0.00 |           - |           - |           - |                   - |
         ValueTypeSum |  500 |   511.9 ns |  7.8204 ns |  7.3152 ns |  0.99 |    0.03 |           - |           - |           - |                   - |
 ExtendedValueTypeSum |  500 |   534.7 ns |  3.0168 ns |  2.8219 ns |  1.03 |    0.02 |           - |           - |           - |                   - |
                      |      |            |            |            |       |         |             |             |             |                     |
     ReferenceTypeSum | 1000 | 1,058.3 ns |  8.8829 ns |  8.3091 ns |  1.00 |    0.00 |           - |           - |           - |                   - |
         ValueTypeSum | 1000 | 1,048.4 ns |  8.6803 ns |  8.1196 ns |  0.99 |    0.01 |           - |           - |           - |                   - |
 ExtendedValueTypeSum | 1000 | 1,057.5 ns |  5.9456 ns |  5.5615 ns |  1.00 |    0.01 |           - |           - |           - |                   - |

使用旧版JIT的结果符合预期-但比以前的结果要慢!这表明RyuJit做了一些神奇的性能改进,在引用类型上做得更好。

----更新2 ----

感谢出色的答案!我学到了很多东西!

低于另一个基准测试的结果。我正在比较@usr和@xoofx建议的原始基准测试方法和优化的方法:

[Benchmark]
public int ReferenceTypeOptimizedSum()
{
    var sum = 0;
    var array = _referenceTypeData;

    for (var i = 0; i < array.Length; i++)
    {
        sum += array[i].Value;
    }

    return sum;
} 

以及@AndreyAkinshin所建议的展开版本,并添加了以上优化:

[Benchmark]
public int ReferenceTypeUnrolledSum()
{
    var sum = 0;
    var array = _referenceTypeData;

    for (var i = 0; i < array.Length; i += 16)
    {
        sum += array[i].Value;
        sum += array[i + 1].Value;
        sum += array[i + 2].Value;
        sum += array[i + 3].Value;
        sum += array[i + 4].Value;
        sum += array[i + 5].Value;
        sum += array[i + 6].Value;
        sum += array[i + 7].Value;
        sum += array[i + 8].Value;
        sum += array[i + 9].Value;
        sum += array[i + 10].Value;
        sum += array[i + 11].Value;
        sum += array[i + 12].Value;
        sum += array[i + 13].Value;
        sum += array[i + 14].Value;
        sum += array[i + 15].Value;
    }

    return sum;
}

Full code here.

基准测试结果:

BenchmarkDotNet = v0.11.3,OS = Windows 10.0.17134.345(1803 / April2018Update / Redstone4) 英特尔酷睿i5-6400 CPU 2.70GHz(Skylake),1个CPU,4个逻辑和4个物理核心 频率= 2648439 Hz,分辨率= 377.5809 ns,计时器= TSC

DefaultJob:.NET Framework 4.7.2(CLR 4.0.30319.42000),64位RyuJIT-v4.7.3190.0

                        Method | Size |     Mean |     Error |    StdDev | Ratio | RatioSD |
------------------------------ |----- |---------:|----------:|----------:|------:|--------:|
              ReferenceTypeSum |  512 | 344.8 ns | 3.6473 ns | 3.4117 ns |  1.00 |    0.00 |
                  ValueTypeSum |  512 | 361.2 ns | 3.8004 ns | 3.3690 ns |  1.05 |    0.02 |
          ExtendedValueTypeSum |  512 | 347.2 ns | 5.9686 ns | 5.5831 ns |  1.01 |    0.02 |

     ReferenceTypeOptimizedSum |  512 | 254.5 ns | 2.4427 ns | 2.2849 ns |  0.74 |    0.01 |
         ValueTypeOptimizedSum |  512 | 353.0 ns | 1.9201 ns | 1.7960 ns |  1.02 |    0.01 |
 ExtendedValueTypeOptimizedSum |  512 | 280.3 ns | 1.2423 ns | 1.0374 ns |  0.81 |    0.01 |

      ReferenceTypeUnrolledSum |  512 | 213.2 ns | 1.2483 ns | 1.1676 ns |  0.62 |    0.01 |
          ValueTypeUnrolledSum |  512 | 201.3 ns | 0.6720 ns | 0.6286 ns |  0.58 |    0.01 |
  ExtendedValueTypeUnrolledSum |  512 | 223.6 ns | 1.0210 ns | 0.9550 ns |  0.65 |    0.01 |

4 个答案:

答案 0 :(得分:9)

在Haswell中,英特尔引入了用于小循环分支预测的其他策略(这就是为什么我们无法在IvyBridge上观察到这种情况的原因)。 似乎特定的分支策略取决于许多因素,包括本机代码对齐。 LegacyJIT和RyuJIT之间的差异可以通过方法的不同对齐策略来解释。 不幸的是,我无法提供此性能现象的所有相关详细信息   (英特尔将实施细节保密;我的结论仅基于我自己的CPU逆向工程实验),   但我可以告诉您如何使基准测试更好。

改善结果的主要技巧是手动循环展开,这对于使用RyuJIT在Haswell +上的纳米基准测试至关重要。 上述现象仅影响较小的循环,因此我们可以使用较大的循环体来解决问题。 实际上,当您拥有类似

的基准
[Benchmark]
public void MyBenchmark()
{
    Foo();
}

BenchmarkDotNet生成以下循环:

for (int i = 0; i < N; i++)
{
    Foo(); Foo(); Foo(); Foo();
    Foo(); Foo(); Foo(); Foo();
    Foo(); Foo(); Foo(); Foo();
    Foo(); Foo(); Foo(); Foo();
}

您可以通过UnrollFactor控制此循环中的内部调用次数。 如果您在基准测试中有自己的小循环,则应按以下方式展开它:

[Benchmark(Baseline = true)]
public int ReferenceTypeSum()
{
    var sum = 0;

    for (var i = 0; i < Size; i += 16)
    {
        sum += _referenceTypeData[i].Value;
        sum += _referenceTypeData[i + 1].Value;
        sum += _referenceTypeData[i + 2].Value;
        sum += _referenceTypeData[i + 3].Value;
        sum += _referenceTypeData[i + 4].Value;
        sum += _referenceTypeData[i + 5].Value;
        sum += _referenceTypeData[i + 6].Value;
        sum += _referenceTypeData[i + 7].Value;
        sum += _referenceTypeData[i + 8].Value;
        sum += _referenceTypeData[i + 9].Value;
        sum += _referenceTypeData[i + 10].Value;
        sum += _referenceTypeData[i + 11].Value;
        sum += _referenceTypeData[i + 12].Value;
        sum += _referenceTypeData[i + 13].Value;
        sum += _referenceTypeData[i + 14].Value;
        sum += _referenceTypeData[i + 15].Value;
    }

    return sum;
}

另一个技巧是积极的预热(例如30次迭代)。 这就是预热阶段在我的计算机上的样子:

WorkloadWarmup   1: 4194304 op, 865744000.00 ns, 206.4095 ns/op
WorkloadWarmup   2: 4194304 op, 892164000.00 ns, 212.7085 ns/op
WorkloadWarmup   3: 4194304 op, 861913000.00 ns, 205.4961 ns/op
WorkloadWarmup   4: 4194304 op, 868044000.00 ns, 206.9578 ns/op
WorkloadWarmup   5: 4194304 op, 933894000.00 ns, 222.6577 ns/op
WorkloadWarmup   6: 4194304 op, 890567000.00 ns, 212.3277 ns/op
WorkloadWarmup   7: 4194304 op, 923509000.00 ns, 220.1817 ns/op
WorkloadWarmup   8: 4194304 op, 861953000.00 ns, 205.5056 ns/op
WorkloadWarmup   9: 4194304 op, 862454000.00 ns, 205.6251 ns/op
WorkloadWarmup  10: 4194304 op, 862565000.00 ns, 205.6515 ns/op
WorkloadWarmup  11: 4194304 op, 867301000.00 ns, 206.7807 ns/op
WorkloadWarmup  12: 4194304 op, 841892000.00 ns, 200.7227 ns/op
WorkloadWarmup  13: 4194304 op, 827717000.00 ns, 197.3431 ns/op
WorkloadWarmup  14: 4194304 op, 828257000.00 ns, 197.4719 ns/op
WorkloadWarmup  15: 4194304 op, 812275000.00 ns, 193.6615 ns/op
WorkloadWarmup  16: 4194304 op, 792011000.00 ns, 188.8301 ns/op
WorkloadWarmup  17: 4194304 op, 792607000.00 ns, 188.9722 ns/op
WorkloadWarmup  18: 4194304 op, 794428000.00 ns, 189.4064 ns/op
WorkloadWarmup  19: 4194304 op, 794879000.00 ns, 189.5139 ns/op
WorkloadWarmup  20: 4194304 op, 794914000.00 ns, 189.5223 ns/op
WorkloadWarmup  21: 4194304 op, 794061000.00 ns, 189.3189 ns/op
WorkloadWarmup  22: 4194304 op, 793385000.00 ns, 189.1577 ns/op
WorkloadWarmup  23: 4194304 op, 793851000.00 ns, 189.2688 ns/op
WorkloadWarmup  24: 4194304 op, 793456000.00 ns, 189.1747 ns/op
WorkloadWarmup  25: 4194304 op, 794194000.00 ns, 189.3506 ns/op
WorkloadWarmup  26: 4194304 op, 793980000.00 ns, 189.2996 ns/op
WorkloadWarmup  27: 4194304 op, 804402000.00 ns, 191.7844 ns/op
WorkloadWarmup  28: 4194304 op, 801002000.00 ns, 190.9738 ns/op
WorkloadWarmup  29: 4194304 op, 797860000.00 ns, 190.2246 ns/op
WorkloadWarmup  30: 4194304 op, 802668000.00 ns, 191.3710 ns/op

默认情况下,BenchmarkDotNet尝试检测这种情况并增加预热迭代次数。 不幸的是,这并不总是可能的(假设我们希望在“简单”的情况下具有“快速”的预热阶段)。

这是我的结果(您可以在此处找到更新的基准的完整列表:https://gist.github.com/AndreyAkinshin/4c9e0193912c99c0b314359d5c5d0a4e):

BenchmarkDotNet=v0.11.3, OS=macOS Mojave 10.14.1 (18B75) [Darwin 18.2.0]
Intel Core i7-4870HQ CPU 2.50GHz (Haswell), 1 CPU, 8 logical and 4 physical cores
.NET Core SDK=3.0.100-preview-009812
  [Host]     : .NET Core 2.0.5 (CoreCLR 4.6.0.0, CoreFX 4.6.26018.01), 64bit RyuJIT
  Job-IHBGGW : .NET Core 2.0.5 (CoreCLR 4.6.0.0, CoreFX 4.6.26018.01), 64bit RyuJIT

IterationCount=30  WarmupCount=30  

               Method | Size |     Mean |     Error |    StdDev |   Median | Ratio | RatioSD |
--------------------- |----- |---------:|----------:|----------:|---------:|------:|--------:|
     ReferenceTypeSum |  256 | 180.7 ns | 0.4514 ns | 0.6474 ns | 180.8 ns |  1.00 |    0.00 |
         ValueTypeSum |  256 | 154.4 ns | 1.8844 ns | 2.8205 ns | 153.3 ns |  0.86 |    0.02 |
 ExtendedValueTypeSum |  256 | 183.1 ns | 2.2283 ns | 3.3352 ns | 181.1 ns |  1.01 |    0.02 |

答案 1 :(得分:7)

这确实是一个非常奇怪的行为。

为引用类型的核心循环生成的代码如下:

M00_L00:
mov     r9,rcx
cmp     edx,[r9+8]
jae     ArrayOutOfBound
movsxd  r10,edx
mov     r9,[r9+r10*8+10h]
add     eax,[r9+8]
inc     edx
cmp     edx,r8d
jl      M00_L00

而对于值类型循环:

M00_L00:
mov     r9,rcx
cmp     edx,[r9+8]
jae     ArrayOutOfBound
movsxd  r10,edx
add     eax,[r9+r10*4+10h]
inc     edx
cmp     edx,r8d
jl      M00_L00

所以区别归结为:

对于引用类型

mov     r9,[r9+r10*8+10h]
add     eax,[r9+8]

对于值类型

add     eax,[r9+r10*4+10h]

使用一条指令并且没有间接内存访问,值类型应该更快...

我尝试通过Intel Architecture Code Analyzer运行此操作,引用类型的IACA输出为:

Throughput Analysis Report
--------------------------
Block Throughput: 1.72 Cycles       Throughput Bottleneck: Dependency chains
Loop Count:  35
Port Binding In Cycles Per Iteration:
--------------------------------------------------------------------------------------------------
|  Port  |   0   -  DV   |   1   |   2   -  D    |   3   -  D    |   4   |   5   |   6   |   7   |
--------------------------------------------------------------------------------------------------
| Cycles |  1.0     0.0  |  1.0  |  1.5     1.5  |  1.5     1.5  |  0.0  |  1.0  |  1.0  |  0.0  |
--------------------------------------------------------------------------------------------------

DV - Divider pipe (on port 0)
D - Data fetch pipe (on ports 2 and 3)
F - Macro Fusion with the previous instruction occurred
* - instruction micro-ops not bound to a port
^ - Micro Fusion occurred
# - ESP Tracking sync uop was issued
@ - SSE instruction followed an AVX256/AVX512 instruction, dozens of cycles penalty is expected
X - instruction not supported, was not accounted in Analysis

| Num Of   |                    Ports pressure in cycles                         |      |
|  Uops    |  0  - DV    |  1   |  2  -  D    |  3  -  D    |  4   |  5   |  6   |  7   |
-----------------------------------------------------------------------------------------
|   1*     |             |      |             |             |      |      |      |      | mov r9, rcx
|   2^     |             |      | 0.5     0.5 | 0.5     0.5 |      | 1.0  |      |      | cmp edx, dword ptr [r9+0x8]
|   0*F    |             |      |             |             |      |      |      |      | jnb 0x22
|   1      |             |      |             |             |      |      | 1.0  |      | movsxd r10, edx
|   1      |             |      | 0.5     0.5 | 0.5     0.5 |      |      |      |      | mov r9, qword ptr [r9+r10*8+0x10]
|   2^     | 1.0         |      | 0.5     0.5 | 0.5     0.5 |      |      |      |      | add eax, dword ptr [r9+0x8]
|   1      |             | 1.0  |             |             |      |      |      |      | inc edx
|   1*     |             |      |             |             |      |      |      |      | cmp edx, r8d
|   0*F    |             |      |             |             |      |      |      |      | jl 0xffffffffffffffe6
Total Num Of Uops: 9

对于值类型

Throughput Analysis Report
--------------------------
Block Throughput: 1.74 Cycles       Throughput Bottleneck: Dependency chains
Loop Count:  26
Port Binding In Cycles Per Iteration:
--------------------------------------------------------------------------------------------------
|  Port  |   0   -  DV   |   1   |   2   -  D    |   3   -  D    |   4   |   5   |   6   |   7   |
--------------------------------------------------------------------------------------------------
| Cycles |  1.0     0.0  |  1.0  |  1.0     1.0  |  1.0     1.0  |  0.0  |  1.0  |  1.0  |  0.0  |
--------------------------------------------------------------------------------------------------

DV - Divider pipe (on port 0)
D - Data fetch pipe (on ports 2 and 3)
F - Macro Fusion with the previous instruction occurred
* - instruction micro-ops not bound to a port
^ - Micro Fusion occurred
# - ESP Tracking sync uop was issued
@ - SSE instruction followed an AVX256/AVX512 instruction, dozens of cycles penalty is expected
X - instruction not supported, was not accounted in Analysis

| Num Of   |                    Ports pressure in cycles                         |      |
|  Uops    |  0  - DV    |  1   |  2  -  D    |  3  -  D    |  4   |  5   |  6   |  7   |
-----------------------------------------------------------------------------------------
|   1*     |             |      |             |             |      |      |      |      | mov r9, rcx
|   2^     |             |      | 1.0     1.0 |             |      | 1.0  |      |      | cmp edx, dword ptr [r9+0x8]
|   0*F    |             |      |             |             |      |      |      |      | jnb 0x1e
|   1      |             |      |             |             |      |      | 1.0  |      | movsxd r10, edx
|   2      | 1.0         |      |             | 1.0     1.0 |      |      |      |      | add eax, dword ptr [r9+r10*4+0x10]
|   1      |             | 1.0  |             |             |      |      |      |      | inc edx
|   1*     |             |      |             |             |      |      |      |      | cmp edx, r8d
|   0*F    |             |      |             |             |      |      |      |      | jl 0xffffffffffffffea
Total Num Of Uops: 8

因此,引用类型略有优势(每个循环1.72个周期与1.74个周期)

我不是解密IACA输出的专家,但我的猜测是这与端口使用情况有关(对于2-3之间的引用类型,分配更好)

“端口”是CPU中的微执行单元。例如,对于Skylake,它们是这样划分的(来自Instruction tables from Agner optimize resources

Port 0: Integer, f.p. and vector ALU, mul, div, branch
Port 1: Integer, f.p. and vector ALU
Port 2: Load
Port 3: Load
Port 4: Store
Port 5: Integer and vector ALU
Port 6: Integer ALU, branch
Port 7: Store address

这看起来是非常微妙的微指令(uop)优化,但无法解释原因。

请注意,您可以像这样改善循环的代码生成:

[Benchmark]
public int ValueTypeSum()
{
    var sum = 0;

    // NOTE: Caching the array to a local variable (that will avoid the reload of the Length inside the loop)
    var arr = _valueTypeData;
    // NOTE: checking against `array.Length` instead of `Size`, to completely remove the ArrayOutOfBound checks
    for (var i = 0; i < arr.Length; i++)
    {
        sum += arr[i].Value;
    }

    return sum;
}

将对循环进行更好的优化,并且您还将获得更一致的结果。

答案 2 :(得分:5)

我认为结果如此接近的原因是使用了一个很小的大小,并且没有在堆中(在数组初始化循环内部)分配任何对象来分割对象数组元素。

在您的基准代码中,仅对象数组元素从堆(*)进行分配,这样MemoryAllocator可以按顺序在堆中分配每个元素(**)。当基准代码开始执行时,数据将从ram读取到cpu缓存中,并且由于您的对象数组元素按顺序(在连续块中)写入ram中,因此它们将被缓存,这就是为什么您不会遇到任何缓存未命中的原因。

要更好地了解这一点,可以有另一个对象数组(最好是较大的对象),该对象数组将在堆上分配以对基准对象数组元素进行分段。这可能会导致缓存未命中发生的时间早于当前设置。在现实生活中,将有其他线程在同一堆上分配并进一步分割数组的实际对象。与访问cpu缓存(或cpu周期)相比,访问ram所花费的时间要多得多。 (有关此主题,请检查此post )。

(*)ValueType数组使用new ValueType[Size]初始化时分配数组元素所需的所有空间; ValueType数组元素在ram中是连续的。

(**)objectArr [i]对象元素和objectArr [i + 1](依此类推)将在堆中并排,当ram块被缓存时,可能所有对象数组元素都将被读取到cpu缓存,因此在数组上进行迭代时不需要ram访问。

答案 3 :(得分:4)

我研究了.NET Core 2.1 x64上的反汇编。

ref类型代码对我而言似乎是最佳的。机器代码正在加载每个对象引用,然后从每个实例加载字段。

值类型变量具有数组范围检查。循环克隆未成功。之所以要进行范围检查,是因为循环上限是Size。应该为array.Length,以便JIT可以识别此模式而不生成范围检查。


这是参考版本。我已经标记了核心循环。查找核心循环的诀窍是首先找到向循环顶部的后跳。

enter image description here

这是值变体:

enter image description here

jae是范围检查。


因此,这是一个JIT限制。如果您对此感到担心,请在coreclr存储库上打开GitHub问题,并告诉他们此处的循环克隆失败。

4.7.2上的非旧版JIT具有相同的范围检查行为。生成的代码与ref版本相同:

enter image description here

我没有查看旧版JIT代码,但我认为它无法消除任何范围检查。我相信它不支持循环克隆。