使用 C# 类型表示度量单位

Question

我试图通过将 double 包装到结构中来获得我所谓的测量单位系统。我有 C# 结构，例如 Meter、Second、Degree 等。我最初的想法是，在编译器被内联后，我将获得与使用 double 相同的性能。

我的显式和隐式运算符简单明了，编译器确实内联了它们，但使用 Meter 和 Second 的代码比使用 double 的相同代码慢 10 倍。

我的问题是：如果 C# 编译器无论如何都内联所有内容，为什么不能使使用 Second 的代码与使用 double 的代码一样优化？

秒定义如下：

struct Second
{
    double _value; // no more fields.

    public static Second operator + (Second left, Second right) 
    { 
        return left._value + right._value; 
    }
    public static implicit Second operator (double value) 
    { 
        // This seems to be faster than having constructor :)
        return new Second { _value = value };
    }

    // plenty of similar operators
}

更新：

我没有问 struct 是否适合这里。确实如此。

我没有问代码是否会被内联。 JIT 确实内联它。

我检查了运行时发出的汇编操作。对于这样的代码，它们是不同的：

var x = new double();
for (var i = 0; i < 1000000; i++)
{ 
    x = x + 2;
    // Many other simple operator calls here
}

像这样：

var x = new Second();
for (var i = 0; i < 1000000; i++)
{ 
    x = x + 2;
    // Many other simple operator calls here
}

反汇编中没有调用指令，因此操作实际上是内联的。然而，差异是显着的。性能测试表明，使用 Second 比使用 double 慢 10 倍。

所以我的问题是（注意！）：为什么 JIT 生成的 IA64 代码与上述情况不同？有什么办法可以让 struct 运行得快一倍？ double 和 Second 之间似乎没有理论上的区别，我看到的区别的深层原因是什么？

Answer 1

这是我的观点，如果你不同意，请写评论，而不是默默地反对。

C# 编译器不会内联它。 JIT 编译器可能，但这对我们来说是不确定的，因为 JITer 的行为并不简单。

在double 的情况下，实际上不会调用任何运算符。使用操作码add 将操作数添加到堆栈中。在您的情况下，方法 op_Add 被调用加上三个 struct 复制到堆栈和从堆栈复制。

要优化它，首先将struct 替换为class。它至少会减少副本的数量。

Answer 2

C# 编译器不内联任何东西 - JIT 可能 这样做，但不是有义务 这样做。不过，它应该仍然很多快。不过，我可能会删除 + 中的隐式转换（请参阅下面的构造函数用法） - 再查看一个运算符：

private readonly double _value;
public double Value { get { return _value; } }
public Second(double value) { this._value = value; }
public static Second operator +(Second left, Second right) {
    return new Second(left._value + right._value);
}
public static implicit operator Second(double value)  {
    return new Second(value);
}

JIT 内联仅限于特定场景。这段代码会满足他们吗？很难说 - 但它应该工作并且在大多数情况下工作足够快。 + 的问题在于有一个用于添加双精度的 IL 操作码；它几乎没有工作-因为您的代码正在调用一些静态方法和构造函数；总是会有一些开销，即使是内联的。