C# vs C/C++：我需要手动排序结构字段以获得最佳性能吗？答案

【问题标题】：C# vs C/C++: do I need to order struct fields manually for best performance?C# vs C/C++：我需要手动排序结构字段以获得最佳性能吗？
【发布时间】：2015-01-29 17:07:19
【问题描述】：

我刚刚阅读了这篇关于指令和内存 CPU 缓存意识的文章：

http://www.research.scea.com/research/pdfs/GDC2003_Memory_Optimization_18Mar03.pdf

文章推理是围绕使用C/C++。

我有三个相关的问题：

C# 通常会遵循相同的规则吗？
我是否需要手动排序结构字段以获得最佳性能？编译器会处理这个问题还是因为更高级别而无法处理？
如果是，那么这对通用结构有何影响？例如。 struct Triple { /.../ }

【问题讨论】：

标签： c# c++ optimization struct memory-alignment

【解决方案1】：

C# 通常会遵循相同的规则吗？

C# 与 C 和 C++ 存在相同的问题，即未对齐的结构会导致某些（可能是大多数）架构中的性能受到影响。

我是否需要手动订购结构字段以获得最佳性能？编译器会处理这个问题还是因为更高级别而无法处理？

虽然可能允许这样做，但实际上 Microsoft 编译器默认情况下不会处理此问题。结构的[StructLayout(LayoutKind.Auto)]（这是默认值）通常与[StructLayout(LayoutKind.Sequential)] 相同。在 C 中，结构成员必须是连续的，而在 C# 中，它们也遵循此选择。

当然，除此之外，编译器会尝试对齐结构成员，因为它们优化了性能而不是空间。您可能已经发现在您的特定场景中优化空间确实可以提高性能，但这对于编译器来说太复杂了。

如果是，那么这对通用结构有何影响？例如。结构三重 { /.../ }

当您看到Triple<T1, T2, T3> 的定义时，您在代码中看到的就是所谓的（在 MSDN 中）泛型类型定义。每次实例化此泛型定义的类型参数的新组合时，环境都会创建一个新的运行时类型（您可能会看到它被称为 Triple'1）。生成的类型不再与非泛型类型不同，我认为 JIT 编译器没有理由区别对待它（但我当然可能是错的）。

【讨论】：

感谢您解决每个子问题。我问过泛型，因为我无法预测它是 int+string+array 还是 object-int-double，所以手动优化可能是不可能的？
@Den 哦，我明白了。恐怕没有简单的方法可以解决它。但也许，如果它非常重要，您可以创建多个结构，每个结构都有针对特定情况（值-值-值、值-值-引用等）优化的布局，让它们实现通用接口 ITriple<T1, T2, T3> 并制作一个工厂方法将获取该数据，选择接口的最佳实现并返回一个实例？但即使对于值类型，您也无法确定哪个更大 - int/double/int 与 double/int/int 不同，因此您最多也必须检查参数大小。

【解决方案2】：

默认情况下，.NET 可以随意订购类成员。我认为它会选择最佳布局，但我不确定。默认情况下，结构布局将具有与 C++ 中相同的布局语义。这些是 CLR 的属性，而不是 C#。

您可以使用StructLayout 属性显式控制非托管布局：

using System.Runtime.InteropServices;
[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]
struct TestUnion 
{
    [FieldOffset(0)] 
    public int i;
    [FieldOffset(0)] 
    public double d;
    [FieldOffset(0)] 
    public char c;
    [FieldOffset(0)] 
    public byte b1;
}

当然，一般建议是以最容易维护的方式布局代码。

【讨论】：

是的！我最初没有包含这个，因为我知道 C# 不能保证这一点。