c# - 这是否适合类或结构(速度比内存更重要)？

Question

通常，我永远不必问自己给定的场景是否更适合结构或类，坦率地说，在这种情况下，在采用类方式之前我没有问过这个问题。现在我正在优化，事情变得有点困惑。

我正在编写一个数字处理应用程序，用于处理包含数百万 Base10 数字的极大数字。数字是二维空间中的 (x,y) 坐标。主要算法是非常连续的，并且在任何给定时间内存中的类 Cell(如下所列)的实例不超过 200 个。该类的每个实例占用大约 5MB 的内存，导致应用程序的总峰值内存不超过 1GB。最终产品将在具有 20GB RAM 的 16 核机器上运行，并且没有其他应用程序占用资源。

这是类:

// Inheritance is convenient but not absolutely necessary here.
public sealed class Cell: CellBase
{
    // Will contain numbers with millions of digits (512KB on average).
    public System.Numerics.BigInteger X = 0;
    // Will contain numbers with millions of digits (512KB on average).
    public System.Numerics.BigInteger Y = 0;

    public double XLogD = 0D;
    // Size of the array is roughly Base2Log(this.X).
    public byte [] XBytes = null;

    public double YLogD = 0D;
    // Size of the array is roughly Base2Log(this.Y).
    public byte [] YBytes = null;

    // Tons of other properties for scientific calculations on X and Y.
    // NOTE: 90% of the other fields and properties are structs (similar to BigInteger).

    public Cell (System.Numerics.BigInteger x, System.Numerics.BigInteger y)
    {
        this.X = x;
        this.XLogD = System.Numerics.BigInteger.Log(x, 2);
        this.XBytes = x.ToByteArray();

        this.Y = y;
        this.YLogD = System.Numerics.BigInteger.Log(y, 2);
        this.YBytes = y.ToByteArray();
    }
}

我选择使用类而不是结构只是因为它“感觉”更自然。字段、方法和内存的数量都本能地指向类而不是结构。我进一步证明了这一点，因为底层主要对象是 BigInteger 的实例，它本身是一个结构，因此考虑临时赋值调用会有多少开销。

问题是，考虑到速度效率是这种情况下的最终目标，我在这里的选择是否明智？

以下是有关该算法的一些信息，希望对您有所帮助。在每次迭代中:

1. 对所有 200 个实例执行一次排序。 20% 的执行时间。
2. 计算感兴趣的相邻 (x,y) 坐标。 60% 的执行时间。
3. 上面第 2 点的并行/线程开销。 10% 的执行时间。
4. 分支开销。 10% 的执行时间。
5. 最昂贵的函数:BigInteger.ToByteArray() (implementation) .

Answer 1

这会更适合作为一个类，原因有很多，包括

• 它在逻辑上不表示单个值
• 大于16字节
• 它是可变的

有关详细信息，请参阅 Choosing Between Classes and Structures .

此外，我还建议它更适合给定的类:

• 它包含引用类型(数组)。包含类的结构很少是一个好的设计理念。

不过，考虑到您正在做的事情，这尤其正确。如果您要使用 struct ，排序将需要整个结构的副本，而不仅仅是引用的副本。方法调用(除非由 ref 传递)也会产生巨大的开销，因为您将复制所有数据。

集合中项目的并行化也可能会产生巨大的开销，因为对结构的任何数组进行边界检查(即:如果它保存在 List<Cell> 或类似的数组中)会导致错误的错误共享，因为所有对该列表将访问列表开头的内存。

我建议将其保留为一个类，此外，我建议尝试将字段移动到属性中，并尽可能使该类不可变。这将有助于保持您的设计简洁，并且在多线程时不太可能出现问题。