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与结构尺寸和性能有关的特殊结果

timing struct c#

John Alexiou · 技术社区 · 14 年前

我对使用操作符时大结构和小结构的开销很好奇 + * Small 有1个双字段(8字节)和1个 Big 有10个双字节(80字节)。在我所有的操作中,我只操作一个叫做 x .

首先我定义了两种结构的数学运算符,比如

public static Small operator +(Small a, Small b)
{
    return new Small(a.x + b.x);
}
public static Small operator *(double x, Small a)
{
    return new Small(x * a.x);
}

这会消耗堆栈中大量的内存来复制周围的字段。我对一个数学运算进行了5000000次迭代,得到了我所怀疑的结果(慢了3倍)。

public double TestSmall()
{
    pt.Start(); // pt = performance timing object
    Small r = new Small(rnd.NextDouble()); //rnd = Random number generator
    for (int i = 0; i < N; i++)
    {
        a = 0.6 * a + 0.4 * r;   // a is a local field of type Small
    }
    pt.Stop();
    return pt.ElapsedSeconds;
}

发布代码的结果(秒)

Small=0.33940 Big=0.98909     Big is Slower by x2.91

ref 论据

public static void Add(ref Small a, ref Small b, ref Small res)
{
    res.x = a.x + b.x;
}
public static void Scale(double x, ref Small a, ref Small res)
{
    res.x = x * a.x;
}

并在此测试代码上运行相同次数的迭代:

public double TestSmall2()
{
    pt.Start(); // pt = performance timing object
    Small a1 = new Small(); // local
    Small a2 = new Small(); // local
    Small r = new Small(rnd.NextDouble()); //rdn = Random number generator
    for (int i = 0; i < N; i++)
    {
        Small.Scale(0.6, ref a, ref a1);
        Small.Scale(0.4, ref r, ref a2);
        Small.Add(ref a1, ref a2, ref a);
    }
    pt.Stop();
    return pt.ElapsedSeconds;
}

Small=0.11765 Big=0.07130     Big is Slower by x0.61

因此,与mem copy-intensive操作符相比,我得到了x3和x14的加速,这是非常好的,但是比较小结构时间和大结构时间,你会看到小结构时间是60% 更慢的

有人能解释一下吗?它是否与CPU管道有关,在(空间上)内存中分离操作有助于更有效地预取数据?

http://dl.dropbox.com/u/11487099/SmallBigCompare.zip

5 回复 | 直到 14 年前

Jon Skeet 14 年前

我无法复制你的结果。在我的框中,“ref”版本的性能基本上与 Big 和 Small ,在公差范围内。

(在没有附加调试器的情况下运行Release模式,迭代次数是原来的10到100倍,只是为了获得一个很好的长时间运行。)

你试过运行你的版本很多次吗?有没有可能在测试运行时,您的CPU正在逐渐提高其时钟速度(因为它发现它必须努力工作)?

JaredPar 14 年前

Stopwatch 而不是 PerformanceTimer EllapsedSeconds 而不是 EllapsedMilliseconds .
每个测试应该运行两次,只计算第二次,以消除潜在的JIT成本
Marshal.SizeOf 不是生成结构的实际大小,只是它的编组大小。

切换到后 秒表 我看到基准测试在静态ref情况下为这两种类型生成几乎相等的时间,从而达到预期的效果。

Brian Gideon 14 年前

使用 Stopwatch 班级。它使用完全相同的Win32 API,但是已经为您编写了代码。
增加迭代次数,使您的基准测试至少需要1秒(或更多)才能运行,否则异常情况可能会突然出现并支配时间。
考虑到vshost.exe过程。根据您是独立运行应用程序还是通过visualstudio主机进程运行应用程序,调试版本和发布版本都会得到不同的结果。

真正让我印象深刻的是,在一个独立的发布版本中,这个较小的结构要快得多

独立发布版本:

Size of Small is 8 bytes
Size of Big is 80 bytes
50,000,000.00 Iterations
Operator Results
  Small=0.57173 Big=25.58988    Slower=x44.76

StaticRef Results
  Small=26.06602        Big=26.68569    Slower=x1.02
  Small=x0.02   Big=x0.96

Size of Small is 8 bytes
Size of Big is 80 bytes
50,000,000.00 Iterations
Operator Results
  Small=4.56601 Big=35.33387    Slower=x7.74

StaticRef Results
  Small=37.94317        Big=39.64959    Slower=x1.04
  Small=x0.12   Big=x0.89

csharptest.net 14 年前

同意Jared的观点,这是一个基准测试错误。

    Size of Small is 8 bytes
    Size of Big is 80 bytes

    5,000,000.00 Iterations
    Operator Results
      Small=523.00000       Big=1953.00000  Slower=x3.73
    StaticRef Results
      Small=2042.00000      Big=2125.00000  Slower=x1.04
      Small=x0.26   Big=x0.92

    5,000,000.00 Iterations
    Operator Results
      Small=2464.00000      Big=3510.00000  Slower=x1.42
    StaticRef Results
      Small=3578.00000      Big=3647.00000  Slower=x1.02
      Small=x0.69   Big=x0.96

    5,000,000.00 Iterations
    Operator Results
      Small=3921.00000      Big=4817.00000  Slower=x1.23
    StaticRef Results
      Small=4880.00000      Big=4944.00000  Slower=x1.01
      Small=x0.80   Big=x0.97

John Alexiou 14 年前

谢谢大家的意见。下面是一些最后的想法。

最终结果:

1
2
三 . 对于运算符,大结构比小结构慢20倍(如预期的那样)
4

最后一个问题是,由于不应进行堆栈复制,使用by ref使大结构变慢的机制是什么?

Size of Small is 8 bytes
Size of Big is 80 bytes
5,000,000.00 Iterations
Warming up the CPU's

Using QueryPerformanceCounter
Operator Results
  Small=0.03545 Big=0.71519     Slower=x20.18

StaticRef Results
  Small=0.03526 Big=0.05194     Slower=x1.47
  Small=x1.01   Big=x13.77