for循环的优化

Question

我正在编写一些当前应该尽可能快地运行的 c# 代码，通常以 100% 的速度占用一个内核大约 25 分钟。我需要代码保持单核，因为跨多核运行此代码的好处不如同时运行该项目多次

有问题的代码如下：

public Double UpdateStuff(){

    ClassA[] CAArray = ClassA[*a very large number indeed*];
    Double Value = 0;
    int length = CAArray.Length;

    for (int i= 0; i< length ; i++)
        {
         Value += CAArray[i].ClassB.Value * CAArray[i].Multiplier;
        }  
    return Value;
}

根据分析器，该代码区域负责应用程序负载的 78%，因此似乎是一个很好的优化候选者。

注意，函数已从返回类型 void 更改为返回类型 Double，这是伪代码而非实际代码，以便于阅读。

澄清：.net，c#4.0，visual studio 2010，目标机器：windows server 2008 x64。

编辑：进一步澄清：此上下文中的所有变量都是公共的，而不是属性。 CAArray[i].ClassB.Value 中的值将永远变化，无法成对匹配。

Answer 1

你应该删除这个：

int length = CAArray.Length;

并用这个替换循环：

for (int i= 0; i < CAArray.Length; i++)
{
    Value += CAArray[i].ClassB.Value * CAArray[i].Multiplier;
} 

像原始代码一样存储长度实际上会减慢 C# 代码（我知道这违反直觉）。这是因为如果您在 for 循环中直接有 Array.Length，则抖动将跳过对循环的每次迭代执行数组边界检查。

另外，我强烈建议将此过程并行化。最简单的方法是

CAArray.AsParallel().Sum(i => i.ClassB.Value * i.Multiplier);

尽管您可能可能在没有 LINQ 的情况下获得更快的速度（尽管您随后需要担心管理多个线程的低级细节）。

Answer 2

一个区别是在 for 循环中使用一个临时变量来保存当前值。

第二个区别，可能更重要，是将 CAArray.Length 而不是 count 放在 for 循环边界。编译器会优化这样的循环来消除边界检查。

for (int i = 0; i < CAArray.Length; i++)
{
    var curr = CAArray[i];
    Value += curr.ClassB.Value * curr.Multiplier;
}

如果可以的话，您可以做的另一件事是将 ClassB、ClassB.Value 和 Multiplier 属性设置为字段。

最后 - 记得检查解决方案属性中的“优化代码”，让编译器优化您的代码。

Answer 3

试试：

for (int i = 0; i < length; i++)
{
    var a = CAArray[i];
    Value += a.ClassB.Value * a.Multiplier;
}  

Answer 4

另一个微优化，可以顺便影响非常大的集合的性能，是定义field，而不是property。

for (int i= 0; i< length ; i++)
{
    var a = CAArray[i];
    Value += a.ClassB.value_field * a.multiplier_field;
}  

即使使用属性是 MS 建议的指导方针，众所周知，属性会引入非常小的（但可能与非常大的数据相关）开销。

希望这会有所帮助。

Answer 5

如果您有很多重复 wrt 乘数和 ClassB.Values，您可能希望找到所有不同的对，将每对相乘一次，然后乘以该对的出现次数。

另外，我会选择 AsParallel() 并使用所有内核。

Answer 6

我不知道你对ClassA 有多少控制权，但在我看来，由于Multiplier 和ClassB 是ClassA 的属性，你应该修改ClassA 以计算出这个属性价值。从理论上讲，您已经将所有这些类实例化并设置了它们各自的属性，因此您可以在ClassB.Value 或Multiplier 的设置下轻松计算this.ClassB.Value * this.Multiplier 的所需值。通过这种方式，您可以降低此循环的成本，而是将其移向数据的实例化。这是一个值得的权衡吗？您需要更多地了解应用程序中发生的情况才能做出决定，但这会减少此特定功能的工作量。之后您需要做的就是：

public void UpdateStuff(){

    ClassA[] CAArray = ClassA[*a very large number indeed*];
    Double Value = 0;
    int length = CAArray.Length;

    for (int i= 0; i< length ; i++)
    {
        Value += CAArray[i].MultipliedClassBValue;
    }
return Value;
}

加上这里的优秀人员可以提出的任何进一步改进。

Answer 7

另一个轻微的改进是对索引使用前置增量，因为后置增量必须返回迭代器在递增之前的值；因此，在使用适当的增量更改它之前，需要将先前的值复制到某个地方，因此它可以返回。

额外的工作可能很少或很多，但它肯定不能小于零，与预增量相比，它可以简单地执行增量然后返回刚刚改变的值 -- 没有复制 //保存 // 等等。

Answer 8

1. 并行化它。
2. 尝试展开循环。 （编译器可能会自行执行此操作。）

Answer 9

还有一点需要注意 - 如果您经常分配非常大的数组（86K+ 数据）并且每次大小都不同，因为这些对象是在 LOH 上分配的，因此您可能会过度强调 GC。

Answer 10

由于数组有大量元素，这样的方法将比其他迭代循环的方法更快。

try
{
    for (int i= 0; ; i++)
    {
        var a = CAArray[i];
        Value += a.ClassB.value_field * a.multiplier_field;
    }
}
catch (IndexOutOfRangeException)
{ }

虽然不可否认，它看起来相当丑陋，而且绝对不是一种“纯粹”的编程方式。 但同时使用公共字段而不是属性也不是纯粹的。

除了移除退出条件的好处之外，CLR 2.0 for X86 中的一个奇怪的错误，如果它被 try catch 包围，会使 for 循环运行得更快，因为在这种情况下，Jitter 更喜欢使用寄存器而不是 CPU 堆栈来存储当地人。

Answer 11

首先，它是一个 void，所以它不应该返回任何东西（或者它应该返回一个 Double）。其次，C# 通常不使用埃及大括号——但这并不重要。

然后你可以尝试使用 Linq 和 lambdas，我认为它可能会更快 - 至少更干净！

public void UpdateStuff()
{
    ClassA[] CAArray = new ClassA[large_number];
    Double Value = CAArray.Select(x => x.ClassB.Value * x.Multiplier).Sum();
}