将浮点数组编组为结构数组而不复制？

Question

假设我有以下代码

public static class Main
{
    public struct Vec3
    {
        public float x, y, z;
    }

    public void Entry()
    {
        float[9] floats = new floats[9] { 1f, 2f, 3f, 4f, 5f, 6f, 7f, 8f, 9f };
        Vec3[3] vecs;
    }
}

我想将 float[] 转换为 Vec3[]。

有没有办法用 Marshaling 来做到这一点，这样所需的复制会比迭代 float[] 并将每个 float 复制到 Vec3[] 更快？假设 float[] 非常大。

Answer 1

您可以使用System.Runtime.InteropServices.Marshal 类来执行此操作：

unsafe
{
    fixed (Vec3* vecsPointer = vecs)
    {
        Marshal.Copy(floats, 0, new IntPtr(vecsPointer), floats.Length);
    }
}

也就是说，我认为如果可能的话，通常最好避免使用unsafe，即使存在一些可衡量的性能差异。对我来说，选择上述内容而不是直接托管副本（在发布版本中可能非常快，尽管可能不如上述内容快），这对我来说必须是一个非常显着的性能改进。

当然，在使用 unsafe 方法之前，您应该仔细衡量每种方法的整体影响，并确保值得潜在的维护麻烦。

编辑：出于好奇，我继续做了一个简单的测试。我创建了一个大小为 1MB 的float[] 并复制到了Vec3[]。我使用了上述方法，并将其与如下所示的简单循环进行了比较：

for (int k = 0, l = 0; k + 2 < floats.Length; k += 3, l++)
{
    vecs[l].x = floats[k];
    vecs[l].y = floats[k + 1];
    vecs[l].z = floats[k + 2];
}

在我的测试中，我每次尝试执行每个副本 10,000 次，副本的总大小约为 10GB。

“仅”unsafe 版本比安全版本快大约（仅慢于）2 倍。对于unsafe，每个 10,000 次复制试用大约需要 1.5 秒，而对于安全则需要 3 秒。 2 倍的加速听起来不错，但当然，只有在您的程序什么都不做的情况下，您才能获得它。在现实世界的程序中，这可能转化为 5% 或更少的改进，具体取决于其他情况。

我看到的其他一些有趣的事情：

• 使用 Marshal.Copy()，复制 2 的精确幂比其他方法快得多。例如。 2 ^ 20 字节与其他内容。在这种情况下，它的速度接近 3 倍。
• 与上述相关，Marshal.Copy() 似乎对副本的确切大小更加敏感。使用安全代码可以获得更一致的性能，当然速度会慢一些。
• 在足够小的缓冲区大小（似乎约为 100-200 字节）下，unsafe 代码的设置开销会阻止它，并且与安全版本一样慢。