c# - 为什么不针对字段优化简单属性？

Question

sealed class A
{
    public int X;
    public int Y { get; set; }
}

如果我创建一个新的 A 实例，访问 Y 100,000,000 次大约需要 550 毫秒，而访问 X 大约需要 250 毫秒。我将其作为发布版本运行，但对于该属性来说仍然慢得多。为什么 .NET 不将 Y 优化为一个字段？

编辑:

    A t = new A();
    t.Y = 50;
    t.X = 50;

    Int64 y = 0;

    Stopwatch sw = new Stopwatch();
    sw.Start();

    for (int i = 0; i < 100000000; i++)
        y += t.Y;

    sw.Stop();

这是我用来测试的代码，我正在将 t.Y 更改为 t.X 以测试 X。我也在发布版本中。

Answer 1

for (int i = 0; i < 100000000; i++)
    y += t.X;

这是非常难以分析的代码。在使用 Debug + Windows + Disassembly 查看生成的机器代码时，您可以看到这一点。 x64 代码如下所示:

0000005a  xor         r11d,r11d                           ; i = 0
0000005d  mov         eax,dword ptr [rbx+0Ch]             ; read t.X
00000060  add         r11d,4                              ; i += 4
00000064  cmp         r11d,5F5E100h                       ; test i < 100000000
0000006b  jl          0000000000000060                    ; for (;;)

这是高度优化的代码，请注意 += 运算符是如何完全消失的。您允许这种情况发生是因为您在基准测试中犯了一个错误，您根本没有使用 y 的计算值。抖动知道这一点，所以它简单地删除了无意义的添加。增加 4 也需要解释，这是循环展开优化的副作用。您稍后会看到它的使用。

因此，您必须对您的基准进行更改以使其符合实际，在末尾添加此行:

sw.Stop();
Console.WriteLine("{0} msec, {1}", sw.ElapsesMilliseconds, y);

强制计算 y 的值。现在看起来完全不同了:

0000005d  xor         ebp,ebp                             ; y = 0
0000005f  mov         eax,dword ptr [rbx+0Ch]          
00000062  movsxd      rdx,eax                             ; rdx = t.X
00000065  nop         word ptr [rax+rax+00000000h]        ; align branch target
00000070  lea         rax,[rdx+rbp]                       ; y += t.X
00000074  lea         rcx,[rax+rdx]                       ; y += t.X
00000078  lea         rax,[rcx+rdx]                       ; y += t.X
0000007c  lea         rbp,[rax+rdx]                       ; y += t.X
00000080  add         r11d,4                              ; i += 4
00000084  cmp         r11d,5F5E100h                       ; test i < 100000000
0000008b  jl          0000000000000070                    ; for (;;)

仍然是非常优化的代码。奇怪的 NOP 指令确保地址 008b 处的跳转是有效的，跳转到与 16 对齐的地址优化了处理器中的指令解码器单元。 LEA 指令是让地址生成单元生成加法的经典技巧，让主要的 ALU 可以同时执行其他工作。这里没有其他工作要做，但如果循环体参与得更多，就可以完成。循环展开 4 次以避免分支指令。

Anyhoo，现在您实际上是在测量真实代码，而不是已删除 代码。结果在我的机器上，重复测试 10 次(重要!):

y += t.X: 125 msec
y += t.Y: 125 msec

完全相同的时间。当然，应该是这样的。您无需支付特性费用。

抖动在生成高质量机器代码方面做得非常出色。如果您得到一个奇怪的结果，那么总是首先检查您的测试代码。这是最有可能出错的代码。不是抖动，它已经过全面测试。