使用 BitConverter 在 C# 中快速转换，它可以更快吗？答案

【问题标题】：Fast casting in C# using BitConverter, can it be any faster?使用 BitConverter 在 C# 中快速转换，它可以更快吗？
【发布时间】：2011-06-22 20:53:42
【问题描述】：

在我们的应用程序中，我们有一个非常大的字节数组，我们必须将这些字节转换为不同的类型。目前，我们为此使用BitConverter.ToXXXX()。我们的重头戏是ToInt16 和ToUInt64。

对于UInt64，我们的问题是数据流实际上有6个字节的数据来表示一个大整数。由于没有将 6 字节数据转换为 UInt64 的本机函数，我们这样做：

UInt64 value = BitConverter.ToUInt64() & 0x0000ffffffffffff;

我们对ToInt16的使用更简单，不需要做任何位操作。

我们做了很多这 2 项操作，因此我想询问 SO 社区是否有更快的方法来进行这些转换。目前，这两个函数消耗了我们整个 CPU 周期的大约 20%。

【问题讨论】：

整数性能不太可能是您的问题。处理大型阵列几乎总是使慢速 RAM 总线成为瓶颈。注意分析器输出中的“Last Level Cache Misses”性能计数器。
@Hans：你绝对正确：我们受内存限制。但为此，我不知道该怎么做。我们有一个大数组，我们必须遍历每个字节来提取数据。当我线性进入数组时，硬件预取器可能会锁定访问模式，除此之外，我不知道还能做什么。 --谢谢

标签： c# .net casting bitconverter

【解决方案1】：

为什么不：

UInt16 valLow = BitConverter.ToUInt16();
UInt64 valHigh = (UInt64)BitConverter.ToUInt32();
UInt64 Value = (valHigh << 16) | valLow;

尽管 JIT 编译器可能会自动为您执行此操作，但您可以将其设为一条语句。

这将阻止您读取最终丢弃的额外两个字节。

如果这不会减少 CPU，那么您可能需要编写自己的转换器，直接从缓冲区读取字节。您可以使用数组索引，或者，如果您认为有必要，可以使用带有指针的不安全代码。

请注意，正如评论者指出的那样，如果您使用这些建议中的任何一个，那么您要么受限于特定的“字节序”，要么您必须编写代码来检测小/大字节序并做出相应的反应。我上面展示的代码示例适用于 little endian (x86)。

【讨论】：

您应该提到这适用于给定的字节顺序（我认为很少，但我总是将两者混为一谈）。它可能对 OP 很重要，也可能无关紧要。
我遵循了您最初的建议，认为读取这 2 个额外的字节并将它们丢弃一定会减慢我的速度，但事实证明，这是最慢的方法。我猜由于数据已经被缓存，因此一次读取 8 或 6 个字节并不重要。您的第二个建议，@Jimmy 作为答案提供的代码运行得更快。 -- 谢谢

【解决方案2】：

您是否考虑过直接使用内存指针。我不能保证它的性能，但它是 C++\C 中的一个常见技巧...

        byte[] arr = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ,9,10,11,12,13,14,15,16};

        fixed (byte* a2rr = &arr[0])
        {

            UInt64* uint64ptr = (UInt64*) a2rr;
            Console.WriteLine("The value is {0:X2}", (*uint64ptr & 0x0000FFFFFFFFFFFF));
            uint64ptr = (UInt64*) ((byte*) uint64ptr+6);
            Console.WriteLine("The value is {0:X2}", (*uint64ptr & 0x0000FFFFFFFFFFFF));
        }

您需要在构建设置中使您的程序集“不安全”，并标记您执行此操作的方法是不安全的。使用这种方法，您还与 little endian 相关联。

【讨论】：

事实证明这是最快的方法，至少到目前为止是这样。
小心这个。如果您想在数组末尾读取其中一个 6 字节数字，您将遇到异常。也就是说，如果在上面的示例中，数组只有 12 个字节长，那么在读取第二个值时会出现异常。

【解决方案3】：

您可以使用System.Buffer 类将整个数组复制到另一个不同类型的数组，作为快速'block copy' 操作：

BlockCopy 方法使用内存中的偏移量访问 src 参数数组中的字节，而不是诸如索引或数组上下界之类的编程构造。

数组类型必须是“原始”类型，它们必须对齐，并且复制操作是字节序敏感的。在您使用 6 字节整数的情况下，它不能与 .NET 的任何“原始”类型对齐，除非您可以获得每六个填充两个字节的源数组，然后将对齐到 Int64。但是这种方法适用于Int16的数组，可能会加快你的一些操作。

【讨论】：

感谢 System.Buffer.BlockCopy 信息。在我们的例子中，UInt64 和 Int16 在数组中是交错的，所以 BlockCopy 对我们不起作用，但是这个信息很有帮助，我们以后可以使用这个方法。

【解决方案4】：

查看我对类似问题的回答here。这与吉米的回答中的不安全内存操作相同，但对消费者来说更“友好”。它允许您将byte 数组视为UInt64 数组。

【讨论】：