多维数组初始化器的性能缓慢答案

【问题标题】：slow performance of multidimensional array initialiser多维数组初始化器的性能缓慢
【发布时间】：2013-04-15 15:33:45
【问题描述】：

我有一些奇怪的性能结果，我无法完全解释。好像这条线

d = new double[4, 4]{{1, 0, 0, 0},
                     {0, 1, 0, 0},
                     {0, 0, 1, 0},
                     {0, 0, 0, 1},};

比这个慢 4 倍

d = new double[4, 4];
d[0, 0] = 1; d[0, 1] = 0; d[0, 2] = 0; d[0, 3] = 0; 
d[1, 0] = 0; d[1, 1] = 1; d[1, 2] = 0; d[1, 3] = 0;
d[2, 0] = 0; d[2, 1] = 0; d[2, 2] = 1; d[2, 3] = 0;
d[3, 0] = 0; d[3, 1] = 0; d[3, 2] = 0; d[3, 3] = 1;

（甚至没有考虑到在这个例子中我可以省略所有那些= 0 分配）

我知道由于边界检查，在 c# 中循环多维数组可能会很慢。但是这里没有循环，不需要边界检查，整个数组初始化行可以在编译时解析。

然而，第二个代码块必须首先将数组初始化为零，然后单独覆盖每个值。
那么这里的问题是什么？

如果性能是一个问题，那么初始化这个数组的最佳方法是什么？

我使用以下代码来衡量性能：

using System;
using System.Diagnostics;
class Program
{
    public static double[,] d; // global static variable to prevent the JIT optimizing it away

    static void Main(string[] args)
    {
        Stopwatch watch;
        int numIter = 10000000; // repeat all tests this often

        double[,] d2 = new double[4, 4]{{1, 0, 0, 0},
                                        {0, 1, 0, 0},
                                        {0, 0, 1, 0},
                                        {0, 0, 0, 1},};

        // ================================================================
        // use arrayInitializer: slowest
        watch = Stopwatch.StartNew();
        for (int i = 0; i < numIter; i++)
        {
            d = new double[4, 4]{{1, 0, 0, 0},
                                {0, 1, 0, 0},
                                {0, 0, 1, 0},
                                {0, 0, 0, 1},};
        }
        Console.WriteLine("ArrayInitializer: \t{0:0.##########}ms", watch.ElapsedMilliseconds * 1.0 / numIter);

        // ================================================================
        // use Array.Copy: faster
        watch = Stopwatch.StartNew();
        for (int i = 0; i < numIter; i++)
        {
            d = new double[4, 4];
            Array.Copy(d2, d, d2.Length);
        }
        Console.WriteLine("new + Array.Copy: \t{0:0.##########}ms", watch.ElapsedMilliseconds * 1.0 / numIter);

        // ================================================================
        // direct assignment: fastest
        watch = Stopwatch.StartNew();
        for (int i = 0; i < numIter; i++)
        {
            d = new double[4, 4];
            d[0, 0] = 1; d[0, 1] = 0; d[0, 2] = 0; d[0, 3] = 0; 
            d[1, 0] = 0; d[1, 1] = 1; d[1, 2] = 0; d[1, 3] = 0;
            d[2, 0] = 0; d[2, 1] = 0; d[2, 2] = 1; d[2, 3] = 0;
            d[3, 0] = 0; d[3, 1] = 0; d[3, 2] = 0; d[3, 3] = 1;
        }
        Console.WriteLine("direct assignment: \t{0:0.##########}ms", watch.ElapsedMilliseconds * 1.0 / numIter);
    }
}

结果：

ArrayInitializer:       0,0007917ms
new + Array.Copy:       0,0002739ms
direct assignment:      0,0002281ms

【问题讨论】：

看看编译后的 IL 代码是非常不同的。 ArrayInitializer 使用方法 RuntimeHelpers.InitializeArray。但这是我能做的最好的了……有趣的问题！
你从不使用创建的数组，那么整个数组分配不会被编译器优化掉吗？
这就是我将数组设为公共静态的原因。如果它只是一个局部变量，它确实被优化掉了，但仅适用于带有数组初始化程序的第一个测试用例。但是如果d 是一个静态变量，就不应该进行这样的优化，因为可以想象另一个线程可以访问它；时间测试似乎证实了这一点。
为了比较，在 OSX 上使用单声道运行时，我得到 ArrayInitializer: 0.0006183ms new + Array.Copy: 0.0053461ms direct assignment: 0.0005756ms
你在编译发布模式吗？

标签： c# arrays performance .net-4.0 multidimensional-array

【解决方案1】：

这里很好地解释了数组初始值设定项以及为什么您会看到如此不同的结果：http://bartdesmet.net/blogs/bart/archive/2008/08/21/how-c-array-initializers-work.aspx

基本上 - 数组初始化器涉及创建自定义结构，而直接分配每个项目只是在堆栈中直接分配，虽然它更快。

【讨论】：