循环中方法调用的开销是多少？

Question

我一直在研究 C# 迷宫生成器，它可以生成 128000x128000 像素的迷宫。所有内存使用都已优化，因此我目前正在考虑加快生成速度。

我发现的一个问题（远远超出兴趣点）如下（只是一些示例代码来说明问题）：

当 pixelChanged 为 null 时，此代码在我的机器上运行大约 1.4 秒：

public void Go()
{
    for (int i = 0; i < bitjes.Length; i++)
    {
        BitArray curArray = bitjes[i];
        for (int y = 0; y < curArray.Length; y++)
        {
            curArray[y] = !curArray[y];
            GoDrawPixel(i, y, false);
        }
    }
}

public void GoDrawPixel(int i, int y, Boolean enabled)
{
    if (pixelChanged != null)
    {
        pixelChanged.Invoke(new PixelChangedEventArgs(i, y, enabled));
    }
}

以下代码的运行速度实际上快了 0.4 秒

public void Go()
{
    for (int i = 0; i < bitjes.Length; i++)
    {
        BitArray curArray = bitjes[i];
        for (int y = 0; y < curArray.Length; y++)
        {
            curArray[y] = !curArray[y];
            if (pixelChanged != null)
            {
                pixelChanged.Invoke(new PixelChangedEventArgs(i, y, false));
            }
        }
    }
}

似乎当只调用一个“空”方法时，该算法使用了大约 20% 的 cpu。这不是很奇怪吗？我尝试在调试和发布模式下编译解决方案，但没有发现任何明显的差异。

这意味着我在这个循环中的每个方法调用都会使我的代码减慢大约 0.4 秒。由于迷宫生成器代码目前包含许多执行不同操作的单独方法调用，因此这开始获得大量。

我还查看了 Google 和 Stack Overflow 上的其他帖子，但还没有真正找到解决方案。

是否可以像这样自动优化代码？ （也许像 Roslyn 项目这样的东西？？？）或者我应该把所有东西放在一个大方法中？

编辑： 我也有兴趣对这两种情况下的 JIT/CLR 代码差异进行一些分析。 （所以这个问题实际上来自哪里）

编辑2： 所有代码均在发布模式下编译

Answer 1

这是一个问题，JIT 对方法进行了内联优化（其中整个方法代码实际上被注入到调用父代码中）但这只发生在编译为 32 字节或更少字节的方法上。我不知道为什么存在 32 字节限制，并且还希望在 C# 中看到一个“内联”关键字，就像在 C/C++ 中一样，正是针对这些问题。

Answer 2

我会尝试的第一件事是将其设为静态而不是实例：

public static void GoDrawPixel(PixelChangedEventHandler pixelChanged,
    int x, int y, bool enabled)
{
    if (pixelChanged != null)
    {
        pixelChanged.Invoke(new PixelChangedEventArgs(x, y, enabled));
    }
}

这改变了一些事情：

• 堆栈语义保持可比性（它加载一个引用、2 个整数和一个布尔值）
• callvirt 变为 call - 这避免了一些小开销
• ldarg0/ldfld 对 (this.pixelChanged) 变为单个 ldarg0

我接下来要看的是PixelChangedEventArgs；如果避免大量分配，可能将其作为结构传递会更便宜；或者只是：

pixelChanged(x, y, enabled);

（原始参数而不是包装对象 - 需要更改签名）

Answer 3

这是处于调试模式还是发布模式？方法调用相当昂贵，但是当您在发布模式下构建/运行它时，它们可能会被内联。在调试模式下，它不会从编译器获得任何优化。

Answer 4

正如 Marc 所说，主要开销是进行虚拟调用并传递参数。 PixelChanged 的​​值可以在方法执行过程中改变吗？如果不是，这可能有效（我不完全确定 JIT 将空操作委托优化为 nop，您必须自己测试它（如果不是，我将忽略这里的良好实践，只做调用，一个调用 pixelChanged.Invoke，一个不调用（内联），只调用最适合的调用...毕竟有时您必须使代码不那么优雅以使其更快）。

public void Go()
{
  if (pixelChanged != null)  
     GoPixelGo((x,y,z) => { });  
  else
     GoPixelGo((i, y, enabled) => pixelChanged.Invoke(i, y, enabled));
}

public void GoPixelGo(Action<int, int, bool> action)
{
  for (int i = 0; i < bitjes.Length; i++)
  {
      BitArray curArray = bitjes[i];
      for (int y = 0; y < curArray.Length; y++)
      {
         curArray[y] = !curArray[y];
         action(i,y, false);
      }
  }
}