创建结构值的性能答案

【问题标题】：Performance of creating struct values创建结构值的性能
【发布时间】：2012-03-04 10:18:19
【问题描述】：

我目前正在阅读Oreilly的Learning XNA 4.0，我注意到作者很容易创建一个结构值，例如Vector2或Rectangle多次而不考虑性能。

例如，SquareCollision() 方法检查两个游戏实体之间的碰撞，每次调用时都会创建两个 Rectangles，而不是简单地让每个游戏实体拥有自己的 Rectangle 字段并比较字段不再创建任何结构值。

我在很多地方多次看到这种模式，这让我想知道：
在 C# 中创建结构值可以忽略不计吗？
真的如此吗？属于微优化部分？

也许因为我的经验主要是 Java，ValueTypes 的概念对我来说很陌生，但似乎多次从结构重新创建一个值（并调用它的构造函数）似乎是对资源的巨大浪费。

【问题讨论】：

我认为这有点难以描述，因为真正重要的是对整体性能的影响。即使重新创建相同的值比使用字段慢 10,000 倍，如果它仅对性能造成 0.0001% 的影响，它仍然没有多大意义。（对不起，随意的数字，只是想确保我被理解。）我试图理解的是它实际上是多么糟糕（如果有的话）以及我是否应该尽量避免这样做。
您可以通过显示代码使问题更具体一些。防止误解。
我一直想知道Point p; p.X=1; p.Y=2 与p = new Point(1,2) 的区别。也许对于编译器来说最终没有区别。

标签： c# struct xna

【解决方案1】：

在堆栈上创建一个用于短暂使用的结构非常便宜，并且与仅为所有这些值设置局部变量没有太大区别，而是通过组件化。但是，作为对象的一部分，它将是每个对象相同数据的额外副本。

这两种方法都有效，具体取决于场景。然而，在堆栈上，没有真正的资源成本。作为对象的一部分，您需要确保没有不必要地复制数据，因为这会产生实际成本。

如果它是对象的属性，则需要复制很多次。

如果它是对象上的字段，是的：它可以就地使用而无需复制，但是：在大多数情况下，这相对较小。

与往常一样，您需要进行概要分析才能知道这是否重要。

【讨论】：

在我看来，唯一的出路是使用 protected / public fields 来确保始终使用相同的结构，而不是重复它不必要的。或者也许是一个使用ref关键字通过引用接收结构的方法？
@Acidic 如果您直接使用结构（不分配给变量等），则不需要副本；但是是的 - 通过“ref”获取结构的方法在这种情况下相当普遍。我自己在一些疯狂优化的地方使用了这种方法。

【解决方案2】：

基本上，在你的（比如）Mesh 对象中拥有该结构的东西对你没有好处。因为在向它发出请求的那一刻，结构的值将被复制。考虑示例：

public class Mesh 
{
  public Vector3 MeshCogVector {get;set};
}

在你拥有的代码中的某处

public void CollisionDetection
{
    for(int i=0;....)
    {
       Mesh curmesh = listofmashes[i];
       Vector3 vec3 = curmesh.MeshCogVector; //value copied

    }
}

因此，在您的条件下以这种方式使用，您基本上不会获得任何好处 + 您会增加您的 Mesh 实例大小。

而不是在实际方法中使用/构造 Vector3 实例，在您真正需要它的那一刻，您可以快速进行堆栈分配和快速垃圾回收。

如果您对结构的性能不满意，可以考虑使用non safe 数据数组。但这是您应该衡量的东西，以便了解这是否适合您。

【讨论】：

如果我只是使用公共字段而不是公共属性，这不会解决吗？据我了解，结构属性会在 getter 调用上创建结构的新副本。
@Acidic：不，它不会改变任何东西。这不是关于访问方式属性/字段/函数返回参数，而是关于C# value types。你可以尝试，如果你想在类中保存一个Vector，用ref关键字传递它像CollisionDetection这样的函数。在这种情况下，值不会被复制，而是通过引用传递。但这又是你必须衡量的东西。如果Vector 类不大，我会去你已经看到的解决方案，所以在需要的时候分配。
我讨厌问这样的问题，但什么是大？ Vector2 可能不大，但 Vector4 或 Rectangle 呢？我猜 this 只能通过分析来回答......
最好的答案可能是这个Why 16 byte is recommended size。在这种情况下，Vector 只有 3 个浮点数 x、y、z 仍然是“可行的”
@Acidic：结构类型的属性通过返回整个结构来操作，即使读取结构的代码只是读取一个字段。 struct 类型的公共字段没有这个问题。请注意，一些古老的 C# 编译器将允许写入返回的结构属性的字段（由于该属性的返回值只是一个临时值，因此没有任何效果）。当时，防止该问题的最佳方法是让结构禁止以任何方式写入字段，但在构造函数中除外。鉴于现代编译器不再允许对临时文件进行愚蠢的写入，...

【解决方案3】：

结构中存在的所有属性都作为连续内存分配存在于内存中，这意味着所有属性并排存在，因此访问每个属性，结构使 CPU 变得简单。遵循核心 OPP 概念会降低性能，例如在课堂上，如果你有 var Power，如果你在引用这个值，那么 CPU 会引用该类中存在的所有属性位置（因为所有数据都存在于堆上的随机位置，所以 CPU 要做的工作更多）调用作为行缓存。

解决方案

[System.Serializeable]
public Struct SomeclassData(){  

Vector3 vec;
float value;
// some numeric data or vector data  }


public class SomeClass : Monobehaviour{
SomeclassData data;

void Start(){
 data = new SomeClassData();
}

}

【讨论】：