for-loop / switch-statement的性能优化答案

【问题标题】：Performance optimization of for-loop / switch-statementfor-loop / switch-statement的性能优化
【发布时间】：2012-06-27 11:46:06
【问题描述】：

请帮我确定以下哪些是更优化的代码？

for(int i=0;i<count;i++)
{
    switch(way)
    {
        case 1:
            doWork1(i);
            break;
        case 2:
            doWork2(i);
            break;
        case 3:
            doWork3(i);
            break;
    }
}

或

switch(way)
{
    case 1:
        for(int i=0;i<count;i++)
        {
            doWork1(i);
        }
        break;
    case 2:
        for(int i=0;i<count;i++)
        {
            doWork2(i);
        }
        break;
    case 3:
        for(int i=0;i<count;i++)
        {
            doWork3(i);
        }
        break;
}

在第一种情况下，碰巧在每次迭代中总是检查 switch case 条件的开销。在第二种情况下，开销不存在。我觉得第二种情况好多了。如果有人有任何其他解决方法，请帮助我提出建议。

【问题讨论】：

试试这个：stackoverflow.com/questions/445067/if-vs-switch-speed
你为什么不measure呢？
@TimSchmelter 我的项目在 Silverlight 中，这里没有秒表。
针对什么进行了优化？速度、可读性等等。
就个人而言，我更喜欢第一个示例，因为它更易于阅读。优化 switch 语句对我来说似乎是微优化。

标签： c# for-loop logic switch-statement

【解决方案1】：

switch 在低的连续值上非常快 - 这种类型的跳转具有高度优化的处理。坦率地说，在绝大多数情况下，您所问的没有任何区别 - doWork2(i); 中的 任何东西 都会淹没这一点；哎呀，虚拟呼叫本身可能会淹没它。

如果它真的，真的，真的很重要（而且我很难在这里想到一个真实的场景），那么：测量它。在任何明显的情况下，测量它的唯一方法将是使用您的实际、准确代码 - 您无法概括 pico 优化。

所以：

没关系
测量
没关系

【讨论】：

你只指switch (IL) 跳转表吗？如果没有，请考虑 way 评估属性的成本很高 - 除了跳转表之外，还有没有机会进行编译器优化？

【解决方案2】：

你可以这样做：

Func(void, int> doWork;
switch(way) 
{ 
    case 1: 
        doWork = doWork1; 
        break; 
    case 2: 
        doWork = doWork2; 
        break; 
    case 3: 
        doWork = doWork3; 
        break; 
} 
for (int i=0;i<count;i++)  
{
     doWork(i);
}

（写在这里，代码可能无法完全编译，只是给你一个想法......）

【讨论】：

【解决方案3】：

实际上，尽管这里有一些 cmets，但它可能会更快一些。

让我们实际测试一下：

using System;
using System.Diagnostics;

namespace Demo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int count = 1000000000;

            Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();

            for (int way = 1; way <= 3; ++way)
                test1(count, way);

            var elapsed1 = sw.Elapsed;
            Console.WriteLine("test1() took " + elapsed1);

            sw.Restart();

            for (int way = 1; way <= 3; ++way)
                test2(count, way);

            var elapsed2 = sw.Elapsed;
            Console.WriteLine("test2() took " + elapsed2);

            Console.WriteLine("test2() was {0:f1} times as fast.", + ((double)elapsed1.Ticks)/elapsed2.Ticks);
        }

        static void test1(int count, int way)
        {
            for (int i = 0; i < count; ++i)
            {
                switch (way)
                {
                    case 1: doWork1(); break;
                    case 2: doWork2(); break;
                    case 3: doWork3(); break;
                }
            }
        }

        static void test2(int count, int way)
        {
            switch (way)
            {
                case 1:
                    for (int i = 0; i < count; ++i)
                        doWork1();
                    break;

                case 2:
                    for (int i = 0; i < count; ++i)
                        doWork2();
                    break;

                case 3:
                    for (int i = 0; i < count; ++i)
                        doWork3();
                    break;
            }
        }

        static void doWork1()
        {
        }

        static void doWork2()
        {
        }

        static void doWork3()
        {
        }
    }
}

现在这是非常不现实的，因为 doWork() 方法不做任何事情。但是，它会给我们一个基准时间。

在我的 Windows 7 x64 系统上构建 RELEASE 得到的结果是：

test1() took 00:00:03.8041522
test2() took 00:00:01.7916698
test2() was 2.1 times as fast.

因此，将循环移动到 switch 语句中会使其速度快两倍。

现在让我们通过在 doWork() 中添加一些代码来让它更真实一点：

using System;
using System.Diagnostics;

namespace Demo
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            int count = 1000000000;

            Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();

            for (int way = 1; way <= 3; ++way)
                test1(count, way);

            var elapsed1 = sw.Elapsed;
            Console.WriteLine("test1() took " + elapsed1);

            sw.Restart();

            for (int way = 1; way <= 3; ++way)
                test2(count, way);

            var elapsed2 = sw.Elapsed;
            Console.WriteLine("test2() took " + elapsed2);

            Console.WriteLine("test2() was {0:f1} times as fast.", + ((double)elapsed1.Ticks)/elapsed2.Ticks);
        }

        static int test1(int count, int way)
        {
            int total1 = 0, total2 = 0, total3 = 0;

            for (int i = 0; i < count; ++i)
            {
                switch (way)
                {
                    case 1: doWork1(i, ref total1); break;
                    case 2: doWork2(i, ref total2); break;
                    case 3: doWork3(i, ref total3); break;
                }
            }

            return total1 + total2 + total3;
        }

        static int test2(int count, int way)
        {
            int total1 = 0, total2 = 0, total3 = 0;

            switch (way)
            {
                case 1:
                    for (int i = 0; i < count; ++i)
                        doWork1(i, ref total1);
                    break;

                case 2:
                    for (int i = 0; i < count; ++i)
                        doWork2(i, ref total2);
                    break;

                case 3:
                    for (int i = 0; i < count; ++i)
                        doWork3(i, ref total3);
                    break;
            }

            return total1 + total2 + total3;
        }

        static void doWork1(int n, ref int total)
        {
            total += n;
        }

        static void doWork2(int n, ref int total)
        {
            total += n;
        }

        static void doWork3(int n, ref int total)
        {
            total += n;
        }
    }
}

现在我得到了这些结果：

test1() took 00:00:03.9153776
test2() took 00:00:05.3220507
test2() was 0.7 times as fast.

现在将循环放入开关变得更慢了！这种违反直觉的结果是这类事情的典型表现，并说明了为什么在尝试优化代码时应该始终执行时序测试。（并且像这样优化代码通常是你甚至不应该做的事情，除非你有充分的理由怀疑存在瓶颈。你最好花时间清理你的代码。;））

我做了一些其他测试，对于稍微简单的 doWork() 方法，test2() 方法更快。这在很大程度上取决于 JIT 编译器可以对优化做什么。

注意：我认为我的第二个测试代码的速度差异的原因是因为 JIT 编译器可以在内联对 doWork() 的调用时优化掉 'ref' 调用，当它们不在循环中时测试1（）；而对于 test2() 它不能（出于某种原因）。

【讨论】：

【解决方案4】：

我会问自己问题以进行优化

首先，计数有多大？是 1,2,10, 10000000000 吗？
运行代码的机器有多强大？
我应该少写代码吗？
我写完这段代码有人会看吗？如果是这样如何他是专业人士吗？
我缺少什么？时间？速度？还有什么？
way 是什么？我从哪里得到它？概率是多少 way 是 1 还是 2 还是 3？

很明显，第一个代码 sn-p 将用于 switch 部分，直到i 达到计数但计数有多大？如果它不是一个非常大的数字，那不会有关系吗？如果它太大并且运行时间很慢，那么它就没有用了。但是，正如我所说，如果您想要可读性并且可以保证计数很小，为什么不使用第一个呢？它比第二个更易读，代码更少，这是我喜欢的。

第二个 sn-p，看起来很丑，但如果 count 是一个巨大的数字，它应该是首选。

【讨论】：

【解决方案5】：

你应该衡量它是否值得优化（我很确定it's not）。就可读性和简洁性而言，我个人更喜欢第一个（更少的代码，更不容易出错，更多的“dry”）。

这是另一种更简洁的方法：

for(int i = 0; i < count; i++)
{
    doAllWays(way, i); // let the method decide what to do next
}

所有“方式”似乎都是相关的，否则它们不会出现在同一个switch 中。因此，首先将它们捆绑在一种方法中是有意义的，即switch。

【讨论】：

【解决方案6】：

第二种方法效率更高；无论如何，您都必须完成完整的 for 循环。但是在第一种方法中，您会不必要地重复 case 语句 count 次。

【讨论】：

我也觉得，只是如果在第二个代码中可以进行更多优化，那就更好了:)
@vaibhav 您的意思是性能优化，还是减少代码中的冗余（即DRY 原则）？至少根据您提供的信息，我看不出它如何更有效。
减少第二个代码的冗余，以获得更好的可读性，我想知道冗余代码是否会影响性能
@vaibhav per MG's answer，可读性应该是这里唯一真正关心的问题......但我认为，就你所呈现的代码而言，它的可读性很好。如果有 20 种不同的 doWork 方法，或者如果 doWork 方法是多余的，那就另当别论了。

【解决方案7】：

假设您在这里遇到性能问题（因为在大多数情况下 switch 真的非常快）：

如果你对你的 switch 语句感到困扰，我建议在这里应用重构。

开关可以很容易地被策略模式替换（因为开关值在for循环中没有改变，根本不需要切换）。

真正的优化目标是那些 for 循环，但没有上下文很难说对此能做些什么。

这里有更多关于重构开关的信息（例如到策略模式） CodeProject Article on refactoring switch

【讨论】：