跨度很慢（未正确优化）

Question

我这里有这种情况：

public class Bla<T> where T : unmanaged
{
    private unsafe T* _data;
    private int _dataLength;

    public T this[int index]
    {
        get => Span[index];
        set => Span[index] = value;
    }
    public unsafe Span<T> Span => new Span<T>(_data, _dataLength);
}

上面的类有一个指向某些数据的指针，以及一个指定数据长度的字段。还有一个属性Span，它只是创建一个新的Span 到_data。

现在在一个调用Bla 十亿次索引器的基准测试中，我发现它比这慢了大约 20%：

public class Bla<T> where T : unmanaged
{
    private T[] _data;

    public T this[int index]
    {
        get => _data[index];
        set => _data[index] = value;
    }
}

请注意，在这两个示例中，_data 的分配方式完全相同相同。这里的问题很清楚；每次我们想要访问_data 时创建一个新的Span 并不是最优的。

我每次在索引器中创建Span 的原因是出于安全考虑。跨度提供了一些必要的边界检查哪些通过指针访问没有。

我可以只添加一个 if 语句来检查边界，但这使得它几乎比 Span 方法慢 2x。 （只检查索引是否小于 0 或等于长度）

我该怎么做才能让C# 更好地优化代码？或者甚至有可能吗？我测试了.NET 5 和.NET 6.0 Preview 4，结果都差不多。

Answer 1

不断创建 span 实例确实不是免费的（即使它是值类型）。我们看不到调用代码，但我预计如果该代码被调整以避免索引器，而是获取跨度一次，并执行多个操作该跨度 - 这可能会有所帮助，尤其是对于 for/foreach 循环数据。另请注意，如果Bla<T> 只是暂时使用，则可以将其写为ref struct，其意义在于ref struct 可以将跨度直接存储为字段 （而不是指针和长度），避免一些开销。

特别是在重构消费代码以考虑跨度时：SIMD。在许多情况下，您可以有效地将跨度强制转换为向量类型（通过MemoryMarshal），以使用块运算符执行额外的优化。

Answer 2

如何让 C# 更好地优化代码？

您是否考虑过没有办法更好地优化代码？您需要额外的功能（边界检查）。您自己的实现很慢，.NET 实现在优化方面已经遥遥领先，但您无法以相同的速度获得额外的功能。那是不会发生的。更多代码、更多指令、更多执行周期。

如果您发布了一个用于测量的完整程序，我们可能会说更多，但仅从外观来看，您似乎必须决定是否要放弃边界检查速度或安全但慢一点。这个问题已经存在很长时间了，远早于计算机。安全和快是不可能的，你必须优先考虑一个。