将数据存储在长数字或类实例中以获得更好的性能

Question

我正在为我的益智游戏编写 AI，我面临以下情况： 目前，我有一个类，Move，它代表我游戏中的一个动作，其逻辑与国际象棋相似。 在Move 类中，我存储了以下数据：

• 移动玩家颜色。
• 移动部件。
• 棋盘上的原点位置。
• 棋盘上的目标位置。
• 通过执行此动作杀死的棋子（如果有的话）。
• 移动得分。

另外，我得到了一些描述amove的方法，例如IsResigned，Undo等。

这个移动实例正在我的 AI 中传递，它基于 Alpha Beta 算法。因此，移动实例被传递了很多次，并且我正在沿着 AI 实现构建许多 Move 类实例。因此，我担心它可能会对性能产生重大影响。

为了降低性能影响，我考虑了以下解决方案： 我不会使用 Move 类的实例，而是将我的整个移动数据存储在一个长数字中（使用按位运算），然后根据需要提取信息。

例如： - 播放器颜色将来自位 1 - 2（1 位）。 - Oirign 位置将从第 2 位到第 12 位（10 位）。 等等。

看这个例子：

public long GenerateMove(PlayerColor color, int origin, int destination) {
    return ((int)color) | (origin << 10) | (destination << 20);
}

public PlayerColor GetColor(long move) {
    return move & 0x1;
}

public int GetOrigin(long move) {
    return (int)((move >> 10) & 0x3f);
}

public int GetDestination(long move) {
    return (int)((move >> 20) & 0x3f);
}

使用这种方法，我可以只传递长数字，而不是类实例。 然而，我得到了一些奇迹：抛开程序增加的复杂性，类实例在 C# 中通过引用（即通过发送指向该地址的指针）传递。那么我的替代方法是否有意义？情况更糟，因为我在这里使用长数字（64bis），但指针地址可能表示为整数（32 位） - 所以它的性能甚至可能比我当前的实现最差。

您对这种替代方法有何看法？

Answer 1

这里有几件事要说：

1. 您是否真的有性能问题（您确定是内存使用问题）？新实例的内存分配在 .net 中非常便宜，通常您不会注意到垃圾收集。所以你可能在这里找错树了。
2. 当您传递引用类型的实例时，您只是传递了一个引用；当您存储引用类型（例如，在数组中）时，您将只存储引用。因此，除非您创建许多不同的实例或将数据复制到新实例中，否则传递引用不会增加堆大小。所以传递引用可能是最有效的方法。
3. 如果您创建大量副本并快速丢弃它们并且您担心内存影响（再次，您是否面临实际问题？），您可以创建值类型（struct而不是class）。但您必须了解值类型语义（您总是处理副本）。
4. 您不能依赖 32 位的引用。在 64 位系统上，它将是 64 位。
5. 我强烈建议不要将数据存储在整数变量中。它使您的代码的可维护性降低，并且在大多数情况下不值得在性能上进行权衡。除非您遇到严重麻烦，否则不要这样做。
6. 如果您不想放弃使用数值的想法，请至少使用一个struct，它由两个System.Collections.Specialized.BitVector32 实例组成。这是一个内置的 .NET 类型，将为您执行掩码和移位操作。在该结构中，您还可以封装对属性中值的访问，因此您可以将这种非常不寻常的存储值的方式与其他代码分开。

更新：

我建议您使用分析器来查看性能问题所在。使用猜测来优化性能几乎是不可能的（当然也不能很好地利用你的时间）。看到分析器结果后，您可能会对问题的原因感到惊讶。我敢打赌，不是内存使用或内存分配。

如果您确实得出结论，Move 实例的内存消耗是原因并且使用小值类型可以解决问题（我会感到惊讶），请不要使用 Int64，使用一个自定义结构（如 6. 中所述），如下所示，其大小与 Int64 相同：

[System.Runtime.InteropServices.StructLayout( System.Runtime.InteropServices.LayoutKind.Sequential, Pack = 4 )]
public struct Move {
    private static readonly BitVector32.Section SEC_COLOR = BitVector32.CreateSection( 1 );
    private static readonly BitVector32.Section SEC_ORIGIN = BitVector32.CreateSection( 63, SEC_COLOR );
    private static readonly BitVector32.Section SEC_DESTINATION = BitVector32.CreateSection( 63, SEC_ORIGIN );

    private BitVector32 low;
    private BitVector32 high;

    public PlayerColor Color {
        get {
            return (PlayerColor)low[ SEC_COLOR ];
        }
        set {
            low[ SEC_COLOR ] = (int)value;
        }
    }

    public int Origin {
        get {
            return low[ SEC_ORIGIN ];
        }
        set {
            low[ SEC_ORIGIN ] = value;
        }
    }

    public int Destination {
        get {
            return low[ SEC_DESTINATION ];
        }
        set {
            low[ SEC_DESTINATION ] = value;
        }
    }
}

但请注意，您现在使用的是值类型，因此您必须相应地使用它。这意味着分配创建原始的副本（即更改目标值将使源保持不变），如果您想保留子例程所做的更改并避免装箱以防止更差的性能（某些操作可能意味着装箱），请使用 ref 参数即使您不会立即注意到，例如将实现接口的struct 作为接口类型的参数传递）。仅当您创建大量临时值并很快将其丢弃时，使用结构（就像使用 Int64 一样）才值得。然后你仍然需要通过个人资料确认你的表现确实得到了改善。