C# 性能 - 我应该在 C++ 中编写计算繁重的方法吗？答案

【问题标题】：C# Performance - should I write the computation heavy methods in c++?C# 性能 - 我应该在 C++ 中编写计算繁重的方法吗？
【发布时间】：2011-05-10 21:56:39
【问题描述】：

我正在为一个量化库构建一个原型，该库使用图像处理技术进行一些信号分析。我完全用 C# 构建了初始原型，但性能不如预期。大部分计算是通过繁重的矩阵计算完成的，这些计算占用了大部分时间。

我想知道是否值得为非托管 C++ 代码编写 C++/CLI 接口。有没有人经历过这个？欢迎提出其他优化 C# 性能的建议。

【问题讨论】：

不确定我们能否在不查看某些代码的情况下提供准确的指导。理论上，你可以用 C++ 编写性能更高的代码……但你也可以用 C++ 编写更差的代码。
在您为编写 C++/CLI 代码而烦恼之前，请使用分析器（例如 JetBrains dotTrace、RedGate ANTS 等）找出您的 C# 代码运行缓慢的原因。根据瓶颈，您可能可以通过重新编写一些 C# 代码来删除它，明智地使用 C# 中的 unsafe 关键字和指针，或者在 C++ 中重新编写核心部分。最好的解决方案将取决于瓶颈。请记住，由于编组开销，您最终可能会获得比纯 C++ 解决方案更差的性能。因此，请确保您知道要解决的问题。
@Andrew，我想说 C# 通过提供许多开箱即用的解决方案来防止程序员进行更糟糕的编码。将 C# 编码和一些用 C++ 写得很糟糕的代码进行比较是不公平的。
@thomas1234- 鉴于这个问题的普遍性，答案是非托管 C++ 会更快。
@Jimmy +1 因为我完全同意你的评论；我只是从 C++ 方面更多地看待“让我们将其移至 C++ 以使其更快”的角度。不过，您的评论完成了这个想法。正确编码后，C# 可以更轻松地获得“相当不错的性能”。

标签： c# visual-c++ c++-cli unmanaged heavy-computation

【解决方案1】：

曾经有一段时间用 C/C++ 编写肯定会更好，但现在 C# 优化器和 JIT 非常好，对于纯数学来说，可能没有区别。

当您必须处理内存和可能的数组时，差异就出现了。即便如此，我仍然会使用 C#（或 F#）然后优化热点。 JIT 非常擅长优化小而短暂的对象。

使用数组，您必须担心 C# 会在每次访问时进行边界检查。阅读：

Link

自己测试一下——我一直发现 C# 具有可比性——有时更快。

【讨论】：

JIT 无法优化纯数字运算，而且仍然需要处理大量开销。对于某些代码，C# 可能比 C++ 快，但对于数字处理而言，C# 永远不会像经过优化的 C++ 一样快。
我以编写图像处理代码为生，正在进行广泛的性能测试。 C/C++ 总是比 C# 快是不正确的。在 .NET 世界中 C/C++ 有很大的缺点（不能在 Silverlight 和其他安全环境中运行）。当您决定将多线程添加到混合中时，C#/F# 将淘汰 C/C++。
@Lou：不知道为什么在最后一部分。为什么 C# 在多线程方面优于 C++？（在性能方面，我基本同意你的看法，可能不值得用 C++ 编写。
@Lou，你能举个例子说明 C#.NET 比原生 C++ 运行得更好吗？
@Jimmy 最容易解释的是引用计数与垃圾收集——当您使用大量短期小对象时，GC 可以轻松击败引用计数。并非所有 C++ 程序都需要普遍引用计数，但如果您有任何类型的非平凡对象生命周期，您可能会这样做。此外，如果您是从 C# 调用的，则每次跨越托管/非托管边界时都会支付上下文切换惩罚——因此具有繁重 C 后端的 API 不能细化。如果你想要一个丰富的沟通渠道（有很多小调用和回调），上下文切换可以占主导地位。

【解决方案2】：

在这里很难给出明确的答案，但如果性能是一个问题，我会找到一个经过时间考验的库，具有您需要的性能并将其包装起来。

像乘法或除法这样简单的事情在 c++ 和 c# 之间并没有太大区别——c++ 编译器有一个优化器，而 CLR 运行时有一个按需 JITer 来进行优化。所以理论上，c++ 只会在第一次调用时胜过 c#。

但是，理论和实践并不相同。对于更复杂的算法，您还会遇到内存管理器之间的差异以及优化技术的成熟度。如果你想要轶事证据，你可以找到一些math-heavy comparisons here。

就我个人而言，我发现在原生库中进行繁重的计算并使用 c++/CLI 调用它会带来很好的提升当计算是最大的瓶颈时。与往常一样，在进行任何优化之前确保是这种情况。

【讨论】：

来这里说这个。有许多非常优化的 C/C++ 库用于信号和图像处理。如果这是瓶颈，那么有人已经为您完成了肮脏的工作。
>> 你可以在这里找到一些数学比较重的比较

【解决方案3】：

在我看来，矩阵数学最好在本机代码中完成。甚至 C++ 库通常也允许绑定到较低级别的实现，例如 LAPACK。

有一个 C# LAPACK 端口 here（也是同一站点上的 C# BLAS），您可以尝试，但如果这比本机代码更快，我会感到惊讶。

【讨论】：

【解决方案4】：

我在 C# 中完成了很多图像处理工作，是的，我通常使用本地代码来处理性能很重要的重型代码，但我只使用了 PInvokes 而不是 C++/CLI 接口。不过，很多时候这不是必需的。

有很多好的 .NET 分析器。 Red Gate 是我个人的最爱。它可能会帮助您了解瓶颈在哪里。

【讨论】：

【解决方案5】：

唯一合理的语言基准：http://shootout.alioth.debian.org/

自己看看。

【讨论】：

【解决方案6】：

C# 中的数学计算性能很差。我惊讶地发现 C# 中的数学计算有多慢。只需在 C# 和 C++ 中编写一个循环，其中包含一些乘法、Sin、Cos……，差异是巨大的。

我不知道托管 C++，但在非托管 C++ 中实现这一切，我想通过 P/Invoke 公开粒度接口应该不会对性能造成什么影响。

这就是我为繁重的实时图像处理所做的。

【讨论】：

【解决方案7】：

我完全用 C# 构建了初始原型，但性能不如预期。

那么你有两个选择：

在 C++ 中构建另一个原型，并查看它的比较或优化您的 C# 代码。无论您使用哪种语言编写代码，在您对其进行分析和优化以及分析和优化之前，您的代码都不会很快。这在 C++ 中尤其如此。如果您用 C# 编写可能最快的实现并将其与 C++ 中可能最快的实现进行比较，那么 C++ 版本很可能会更快。但这会以开发时间为代价。编写高效的 C++ 代码并非易事。如果您是该语言的新手，那么您很可能会编写非常低效的代码，特别是如果您来自 C# 或 Java，它们的工作方式不同，成本也不同。

如果你只是写一个可以工作的实现，而不用太担心性能，那么我猜 C# 版本可能会更快。

但这真的取决于你追求什么样的性能（尤其是你需要执行的操作有多昂贵。从托管代码到本机代码的转换会产生开销，所以不值得用于经常执行的短操作。

C++ 中的数字运算代码可以与 Fortran 中编写的代码一样快（或多或少），但要实现这一点，您需要大量使用高级技术（表达式模板和大量元编程）或一些为您实现它的相当复杂的库。

值得吗？或者 C# 是否可以快速足够满足您的需求？

【讨论】：

【解决方案8】：

您应该使用 C++ 编写计算量大的程序，通过优化 C# 无法达到接近 C++ 的性能。假设计算需要相当长的时间，调用包装器的开销可以忽略不计。我已经用 C++ 和 C# 编写过代码，并且从未见过任何情况下 .NET 框架代码可以与 C++ 相媲美。在某些情况下，C# 运行得更好，但由于缺乏适当的库或 C++ 中的编码错误，它更好。如果你可以用 C# 和 C++ 编写同样好的代码，我会用 C++ 编写性能代码，其他一切都是 C#。

如果 x 是世界上最好的 C++ 程序员，而 y 是最好的 C# 程序员，那么大多数时候 x 可以编写比 y 更快的代码。但是，y 在大多数情况下可以比 x 更快地完成编码。

【讨论】：