为什么 List<T>.Sort using Comparer<int>.Default 是等效自定义比较器的两倍以上？

Question

结果

使用一千万个随机ints 的列表（每次相同的种子，平均重复 10 次）：

listCopy.Sort(Comparer<int>.Default) 需要 314 毫秒。

使用

sealed class IntComparer : IComparer<int>
{
  public int Compare(int x, int y)
  {
    return x < y ? -1 : (x == y ? 0 : 1);
  }
}

listCopy.Sort(new IntComparer()) 需要 716 毫秒。

一些变化：

• 使用struct IntComparer 代替sealed class：771 毫秒
• 使用public int Compare(int x, int y) { return x.CompareTo(y); }：809ms

评论

Comparer<int>.Default 返回一个GenericComparer<int>。根据 dotPeek，我们有：

internal class GenericComparer<T> : Comparer<T> where T : IComparable<T>
{
  public override int Compare(T x, T y)
  {
    if ((object) x != null)
    {
      if ((object) y != null)
        return x.CompareTo(y);
      else
        return 1;
    }
    else
      return (object) y != null ? -1 : 0;
  }

...
}

显然，这不应该比我使用CompareTo 的IntComparer 变体更快。

我没有在ArraySortHelper<T> 中找到任何相关内容，这似乎是List<T>.Sort 的核心。

我只能猜测 JIT 在这里做了一些神奇的特殊情况（将使用 Comparer<int>.Default 的排序替换为不执行任何 IComparer<T>.Compare 调用的专用排序实现，或类似的东西）？

编辑：上面的时间太低了 5.9214729782462845 （Stopwatch 和 TimeSpan 对“滴答声”有不同的定义）。不过不影响重点。

Answer 1

原因在Reference Source, system/array.cs 源代码文件中显而易见：

   [ReliabilityContract(Consistency.MayCorruptInstance, Cer.MayFail)]
   public static void Sort<T>(T[] array, int index, int length, System.Collections.Generic.IComparer<T> comparer) {
       // Argument checking code omitted
       //...

       if (length > 1) {
           // <STRIP>
           // TrySZSort is still faster than the generic implementation.
           // The reason is Int32.CompareTo is still expensive than just using "<" or ">".
           // </STRIP>
           if ( comparer == null || comparer == Comparer<T>.Default ) {
               if(TrySZSort(array, null, index, index + length - 1)) {
                   return;
               }
           }

           ArraySortHelper<T>.Default.Sort(array, index, length, comparer);
       }
   }

<STRIP> 标记的注释解释了它，尽管它的英文很烂:) 默认比较器的代码路径通过 TrySZSort()，这是一个在 CLR 中实现并用 C++ 编写的函数。您可以从SSCLI20 获取它的源代码，它在 clr/src/vm/comarrayhelpers.cpp 中实现。它使用名为ArrayHelpers<T>::QuickSort() 的模板类方法。

它通过使用< 操作符获得了速度优势，单个cpu 指令而不是Int32.CompareTo() 所需的10 条指令。或者换句话说，IComparable.CompareTo 被过度指定用于简单排序。

这是一个微优化，.NET Framework 有很多很多。位于依赖链最底部的代码的命运不可避免，Microsoft 永远不能假设他们的代码在客户的应用程序中不会对速度至关重要。

Answer 2

ILSpy 反编译如下：

    public override int Compare(T x, T y)
    {
        if (x != null)
        {
            if (y != null)
            {
                return x.CompareTo(y);
            }
            return 1;
        }
        else
        {
            if (y != null)
            {
                return -1;
            }
            return 0;
        }
    }

对于值类型，空检查将始终评估为true，因此它们将被优化掉；最终结果将是

public override int Compare(T x, T y)
{
    return x.CompareTo(y);
}

Answer 3

Int32 的默认比较器是 CompareTo(int,int) 方法。您对默认比较器的假设不正确。

IComparable 接口提供强类型比较 用于对通用集合对象的成员进行排序的方法。因为 这通常不直接从开发人员代码中调用。反而， 它由 List.Sort() 和 Add 等方法自动调用。

http://msdn.microsoft.com/en-us/library/4d7sx9hd.aspx。提到的 IComparable 接口定义了 CompareTo 方法。

所以我们应该期望您的比较器的速度大致相同。那么为什么会慢一些呢？如果我们深入研究 .Net 中的 Sort 方法，我们最终会看到这一行：

if ((length > 1) && (((comparer != null) && (comparer != Comparer<T>.Default)) || !TrySZSort(array, null, index, (index + length) - 1)))
{
    ArraySortHelper<T>.Default.Sort(array, index, length, comparer);
}

如果比较器等于该类型的默认比较器，则数组排序将尝试使用内部优化的排序方法。您的比较器不是默认比较器，因此它会跳过优化排序。