静态构造函数性能以及为什么我们不能指定 beforefieldinit

Question

我在使用以下两个结构时遇到了速度差异：

public struct NoStaticCtor
{
    private static int _myValue = 3;
    public static int GetMyValue() { return _myValue; }
}

public struct StaticCtor
{
    private static int _myValue;
    public static int GetMyValue() { return _myValue; }
    static StaticCtor()
    {
        _myValue = 3;
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        long numTimes = 5000000000; // yup, 5 billion
        Stopwatch sw = new Stopwatch();
        sw.Start();
        for (long i = 0; i < numTimes; i++)
        {
            NoStaticCtor.GetMyValue();
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("No static ctor: {0}", sw.Elapsed);

        sw.Restart();
        for (long i = 0; i < numTimes; i++)
        {
            StaticCtor.GetMyValue();
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("with static ctor: {0}", sw.Elapsed);
    }
}

产生结果：

Release (x86), no debugger attached:
No static ctor: 00:00:05.1111786
with static ctor: 00:00:09.9502592

Release (x64), no debugger attached:
No static ctor: 00:00:03.2595979
with static ctor: 00:00:14.5922220

编译器为NoStaticCtor 生成一个静态构造函数，它与StaticCtor 中显式声明的构造函数相同。我知道编译器只会在未明确定义静态构造函数时发出beforefieldinit。

他们产生几乎相同的 il 代码，除了一个区别，用beforefieldinit 声明结构，我觉得区别就在这里，因为我知道它决定了何时调用类型构造函数，虽然我不太明白为什么会有这样的差异。它假定它不是每次迭代都调用类型构造函数，因为类型构造函数只能被调用一次。¹

所以，

1) 为什么带有beforefieldinit 的结构和不带beforefieldinit 的结构之间存在时间差？ （我想 JITer 在 for 循环中做了一些额外的事情，但是，我不知道如何查看 JITer 的输出以了解什么。

2) 为什么编译器设计者 a) 没有将所有结构 beforefieldinit 设为默认值，并且 b) 没有让开发人员能够明确指定该行为？当然，这是假设你不能，因为我一直没能找到方法。

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编辑：

¹。 I modified the code，基本上每个循环都运行了第二次，期待改进，但并不多：

No static ctor: 00:00:03.3342359
with static ctor: 00:00:14.6139917
No static ctor: 00:00:03.2229995
with static ctor: 00:00:12.9524860
Press any key to continue . . .

我这样做是因为我虽然，嗯，也许，但不太可能，JITer 实际上在每次迭代时都调用类型构造函数。在我看来，JITer 会知道类型构造函数已被调用，并且在编译第二个循环时不会发出代码来执行此操作。

除了莫蒂的回答： This code 产生更好的结果，由于 JITing 的不同，DoSecondLoop 的 JITing 不会发出静态 ctor 检查，因为它检测到它之前在 DoFirstLoop 中完成，导致每个循环以相同的速度执行。 （约 3 秒）

Answer 1

第一次访问您的类型时，必须执行静态 ctor（无论是显式生成还是隐式生成）。

当 JIT 编译器将 IL 编译为本机指令时，它会检查该类型的静态 ctor 是否已执行，如果没有，则发出本机代码，检查（再次）是否已执行静态 ctor，如果没有，则执行它。

缓存 jit 代码以供将来调用同一方法（这就是代码必须再次检查静态 ctor 是否已执行的原因）。

问题是，如果检查静态 ctor 的 jitted 代码处于循环中，则此测试将在每次迭代中进行。

当出现 beforefieldinit 时，允许 JIT 编译器通过在进入循环之前测试静态 ctor 调用来优化代码。如果不存在，则不允许此优化。

C# 编译器会自动为我们决定何时发出此属性。它目前（C# 4）仅在代码未明确定义静态构造函数时才发出它。它背后的想法是，如果您自己定义了一个静态 ctor，那么时间可能对您来说更重要，并且 ststic ctor 不应该提前执行。这可能是真的，也可能不是，但你不能改变这种行为。

这是我的在线 .NET 教程部分的链接，详细解释了这一点：http://motti.me/c1L

顺便说一句，我不建议在结构上使用静态 ctor，因为不管你信不信，它们不能保证执行！这不是问题的一部分，所以我不会详细说明，但如果您有兴趣，请查看此内容以获得更多详细信息：http://motti.me/c1I（我在视频中大约 2:30 触摸了这个主题）。

我希望这会有所帮助！