为什么.NET Array 类复制这么慢？答案

【问题标题】：Why does .NET Array class copy so slow?为什么.NET Array 类复制这么慢？
【发布时间】：2010-11-01 16:41:36
【问题描述】：

我很失望地发现 Array.Clone、Array.CopyTo 和 Array.Copy 都可以通过一个简单的 3 行手动编码的 for(;;) 循环来击败：

    for(int i = 0; i < array.Length; i++)
    {
        retval[i] = array[i];
    }

假设对某个预定大小的数组执行几百万次操作的基本情况需要 10 秒。

在每次操作之前使用 Array.Clone 将该时间延长到 100 秒非常糟糕。

使用 Array.CopyTo 和 Array.Copy 只需要大约 45 秒。

上面的循环只需要大约 20 秒。

（忘记这是否对现实世界产生影响的主观论点，因为在现实世界中，编写一个 3 行 for(;;) 循环可以说与查找 Array 的文档一样简单类。）

我只是想知道为什么性能如此不同。在好的旧 C 语言中，最简单的库函数 memcpy() 的执行与上面的手动 for(;;) 循环大致相同，我想知道 .NET 中是否还有其他一些数组复制函数是这样实现的一个很好的简单 for(;;) 没有任何抽象阻碍 Array.Clone、Array.CopyTo 和 Array.Copy。

【问题讨论】：

您是否考虑进行任何分配？
您是在调试版本还是发布版本中进行测试？
我在stackoverflow.com/questions/1279407/… 的问题是相关的。但是，我看到 Array.Copy 对于超过 100 个元素的数组更快。
msdn.microsoft.com/en-us/library/28k1s2k6%28VS.80%29.aspx ;)

标签： .net arrays copy performance

【解决方案1】：

包括分配我得到以下结果：
For 循环：104 毫秒
克隆：77ms
复制到：64 毫秒

代码如下：

int[] values = new int[16000000];

int[] copiedValues1;
Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
copiedValues1 = new int[values.Length];
for (int i = 0; i < values.Length; i++)
{
    copiedValues1[i] = values[i];
}
Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);

int[] copiedValues2;
sw = Stopwatch.StartNew();
copiedValues2 = (int[])values.Clone();
Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);

int[] copiedValues3;
sw = Stopwatch.StartNew();
copiedValues3 = new int[values.Length];
values.CopyTo(copiedValues3,0);
Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds);

【讨论】：

实际上，这些时间似乎只有在您构建调试配置时才成立。在 Release 构建中，for 循环所用的时间与 CopyTo 大致相同，而 Clone 则稍微慢一些。

【解决方案2】：

数组方法不是也必须创建和分配输出数组对象吗？

【讨论】：

【解决方案3】：

您的测试可能有问题。快速查看Reflector 会发现 Array.Copy 使用外部实现（Array.CopyTo 最终使用相同的调用）：

[MethodImpl(MethodImplOptions.InternalCall),
ReliabilityContract(Consistency.MayCorruptInstance, Cer.MayFail)]
internal static extern void Copy(
    Array sourceArray, 
    int sourceIndex, 
    Array destinationArray, 
    int destinationIndex, 
    int length, 
    bool reliable);

这开启了内存复制与逐项复制的可能性。我自己在发布模式下的测试，使用 int[1000000] - 随机填充，将循环计时在 468750 滴答声和 Array.Copy 在 312500 滴答刻。差别不大，但正如weiqure 所说，仍然更快。

您可能需要调整测试以确保没有其他因素影响结果。

This post 对 Object 数组进行了类似的观察。

【讨论】：

请注意，该帖子的作者完全不知道O(n) 的含义。

【解决方案4】：

可能和拳击有关？

【讨论】：

【解决方案5】：

您没有提到要复制的数组有多大。也许 JIT 并没有像对泛型类型那样为每种类型的数组专门化 Array.Copy 和 Array.Clone。因此，这些方法要做的第一件事就是检查数组以确定：它是引用类型还是值类型，如果是值类型，每个条目有多大？

如果我是对的，复制一个小数组一千万次会导致这些检查不必要地重复一千万次。另一方面，复制一百万个元素的数组可能比手动编码循环更快，因为 Array.Copy 可能会针对大型数组进行优化。值得注意的是，在您的手动编码循环中

for(int i = 0; i < array.Length; i++)
{
    retval[i] = array[i];
}

JIT 将优化对 array[i] 的范围检查，因为它识别出 i 始终在范围内；但它可能不会删除 retval[i] 的范围检查，即使它也可以很容易地证明在范围内。由于它可能是用本机代码编写的，因此 Array.Copy 可以避免这些检查。除此之外，Array.Copy 可能会使用循环展开，对于大字节数组，可能会一次复制一个机器字。

但我只是推测。我不知道如何找出 Array.Copy 的实际作用。

【讨论】：

【解决方案6】：

我想指出 Array.Clone() 与其他的有点不同，因为它负责 1) 分配新数组和 2) 复制元素，而 CopyTo 只是将元素复制到现成的数组.

换句话说，Array.Clone() 必须这样做：

object Clone()
{
    var result = new T[this.Length];
    this.CopyTo(result, 0);
    return result;
}

而像 Copy 和 CopyTo 这样的方法只是将元素复制到现有数组中。因此，预计 Array.Clone 应该比其他方法花费更长的时间，因为内存不是空闲的。

【讨论】：