c# - 编译器是否优化对 const 变量和文字 const 数字的操作？

Question

假设我有一个带字段的类:

const double magicalConstant = 43;

这是代码中的某处:

double random = GetRandom();
double unicornAge = random * magicalConstant * 2.0;

编译器是否会优化我的代码，使其不会在每次计算 unicornAge 时都计算 magicalConstant * 2.0？

我知道我可以定义下一个将这个乘法考虑在内的常量。但这在我的代码中看起来更清晰。编译器对其进行优化是有意义的。

Answer 1

(这个问题是 the subject of my blog in October 2015 ；感谢您提出有趣的问题!)

您已经有了一些很好的答案来回答您的事实问题:不，C# 编译器不会生成执行一次 86 乘法的代码。它生成一个 43 的乘法和一个 2 的乘法。

这里有一些微妙的地方，但还没有人深入研究过。

乘法在 C# 中是“左关联的”。也就是说，

x * y * z

必须计算为

(x * y) * z

不是

x * (y * z)

现在，您是否曾经为这两个计算得到不同的答案？如果答案为“否”，则该操作被称为“关联操作”——也就是说，我们将括号放在哪里并不重要，因此可以进行优化以将括号放在最佳位置。 (注意:我在此答案的先前编辑中犯了一个错误，当我说“关联”时我说“可交换” - 可交换操作是 x * y 等于 y * x 的操作。)

在 C# 中，字符串连接是一种关联操作。如果你说

myString + "hello" + "world" + myString

然后你得到相同的结果

((myString + "hello") + "world") + myString

和

(myString + ("hello" + "world")) + myString

因此 C# 编译器可以在这里进行优化；它可以在编译时进行计算并生成代码，就像您编写的一样

(myString + "helloworld") + myString

这实际上是 C# 编译器所做的。 (有趣的事实:实现优化是我加入编译器团队后做的第一件事。)

是否可以对乘法进行类似的优化？ 仅当乘法是结合的时。但事实并非如此!有几种情况并非如此。

让我们来看一个稍微不同的案例。假设我们有

x * 0.5 * 6.0

我们可以这么说吗

(x * 0.5) * 6.0

与

相同

x * (0.5 * 6.0)

并生成乘以 3.0？否。假设 x 非常小，x 乘以 0.5 四舍五入为 零。那么零乘以 6.0 仍然是零。所以第一种形式可以给出零，第二种形式可以给出非零值。由于这两个操作给出不同的结果，因此该操作不具有关联性。

C# 编译器可以添加智能——就像我对字符串连接所做的那样——以弄清楚乘法在哪些情况下是关联并进行优化，但坦率地说，这根本不值得它。节省字符串连接是一个巨大的胜利。字符串操作在时间和内存上都很昂贵。程序包含很多常量和变量混合在一起的字符串连接是很常见的。浮点运算在时间和内存上非常便宜，很难知道哪些是关联的，并且在现实程序中很少有长链乘法。设计、实现和测试该优化所需的时间和精力最好花在编写其他功能上。