我想将一个整数（比如 12345）的数字分隔成一个字节数组 {1,2,3,4,5}，但我想要最高效的方法来做到这一点，因为我的程序就是这样做的数百万次。
有什么建议吗？谢谢。
【问题讨论】：
标签： c# .net performance arrays numbers
怎么样：
public static int[] ConvertToArrayOfDigits(int value)
{
int size = DetermineDigitCount(value);
int[] digits = new int[size];
for (int index = size - 1; index >= 0; index--)
{
digits[index] = value % 10;
value = value / 10;
}
return digits;
}
private static int DetermineDigitCount(int x)
{
// This bit could be optimised with a binary search
return x < 10 ? 1
: x < 100 ? 2
: x < 1000 ? 3
: x < 10000 ? 4
: x < 100000 ? 5
: x < 1000000 ? 6
: x < 10000000 ? 7
: x < 100000000 ? 8
: x < 1000000000 ? 9
: 10;
}
请注意，这无法处理负数...您需要它吗？
编辑：根据 Eric 的建议，这是一个记录 10000 以下结果的版本。如果您绝对保证不会更改返回数组的内容，则可以删除Clone 调用。它还具有减少检查次数以确定“大”数字长度的便利属性 - 无论如何，小数字只会通过该代码一次:)
private static readonly int[][] memoizedResults = new int[10000][];
public static int[] ConvertToArrayOfDigits(int value)
{
if (value < 10000)
{
int[] memoized = memoizedResults[value];
if (memoized == null) {
memoized = ConvertSmall(value);
memoizedResults[value] = memoized;
}
return (int[]) memoized.Clone();
}
// We know that value >= 10000
int size = value < 100000 ? 5
: value < 1000000 ? 6
: value < 10000000 ? 7
: value < 100000000 ? 8
: value < 1000000000 ? 9
: 10;
return ConvertWithSize(value, size);
}
private static int[] ConvertSmall(int value)
{
// We know that value < 10000
int size = value < 10 ? 1
: value < 100 ? 2
: value < 1000 ? 3 : 4;
return ConvertWithSize(value, size);
}
private static int[] ConvertWithSize(int value, int size)
{
int[] digits = new int[size];
for (int index = size - 1; index >= 0; index--)
{
digits[index] = value % 10;
value = value / 10;
}
return digits;
}
请注意，目前这并没有尝试成为线程安全的。您可能需要添加内存屏障，以确保在单个结果中的写入可见之前，对记忆结果的写入不可见。除非万不得已，否则我已经放弃了对这些事情的推理。我相信您可以通过努力使其无锁，但如果您真的需要，您真的应该让一个非常聪明的人这样做。
编辑：我刚刚意识到“大”案例可以利用“小”案例 - 将大数字分成两个小数字并使用记忆的结果。晚饭后我会试一试，写一个基准......
编辑：好的，准备好编写大量代码了吗？我意识到，至少对于 均匀随机 数字，你会比小数字更频繁地获得“大”数字 - 所以你需要为此进行优化。当然，实际数据可能并非如此，但无论如何......这意味着我现在以相反的顺序进行尺寸测试，希望首先获得大数字。
我已经为原始代码、简单的记忆以及极其展开的代码制定了基准。
结果（以毫秒为单位）：
Simple: 3168
SimpleMemo: 3061
UnrolledMemo: 1204
代码：
using System;
using System.Diagnostics;
class DigitSplitting
{
static void Main()
{
Test(Simple);
Test(SimpleMemo);
Test(UnrolledMemo);
}
const int Iterations = 10000000;
static void Test(Func<int, int[]> candidate)
{
Random rng = new Random(0);
Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
for (int i = 0; i < Iterations; i++)
{
candidate(rng.Next());
}
sw.Stop();
Console.WriteLine("{0}: {1}",
candidate.Method.Name, (int) sw.ElapsedMilliseconds);
}
#region Simple
static int[] Simple(int value)
{
int size = DetermineDigitCount(value);
int[] digits = new int[size];
for (int index = size - 1; index >= 0; index--)
{
digits[index] = value % 10;
value = value / 10;
}
return digits;
}
private static int DetermineDigitCount(int x)
{
// This bit could be optimised with a binary search
return x < 10 ? 1
: x < 100 ? 2
: x < 1000 ? 3
: x < 10000 ? 4
: x < 100000 ? 5
: x < 1000000 ? 6
: x < 10000000 ? 7
: x < 100000000 ? 8
: x < 1000000000 ? 9
: 10;
}
#endregion Simple
#region SimpleMemo
private static readonly int[][] memoizedResults = new int[10000][];
public static int[] SimpleMemo(int value)
{
if (value < 10000)
{
int[] memoized = memoizedResults[value];
if (memoized == null) {
memoized = ConvertSmall(value);
memoizedResults[value] = memoized;
}
return (int[]) memoized.Clone();
}
// We know that value >= 10000
int size = value >= 1000000000 ? 10
: value >= 100000000 ? 9
: value >= 10000000 ? 8
: value >= 1000000 ? 7
: value >= 100000 ? 6
: 5;
return ConvertWithSize(value, size);
}
private static int[] ConvertSmall(int value)
{
// We know that value < 10000
return value >= 1000 ? new[] { value / 1000, (value / 100) % 10,
(value / 10) % 10, value % 10 }
: value >= 100 ? new[] { value / 100, (value / 10) % 10,
value % 10 }
: value >= 10 ? new[] { value / 10, value % 10 }
: new int[] { value };
}
private static int[] ConvertWithSize(int value, int size)
{
int[] digits = new int[size];
for (int index = size - 1; index >= 0; index--)
{
digits[index] = value % 10;
value = value / 10;
}
return digits;
}
#endregion
#region UnrolledMemo
private static readonly int[][] memoizedResults2 = new int[10000][];
private static readonly int[][] memoizedResults3 = new int[10000][];
static int[] UnrolledMemo(int value)
{
if (value < 10000)
{
return (int[]) UnclonedConvertSmall(value).Clone();
}
if (value >= 1000000000)
{
int[] ret = new int[10];
int firstChunk = value / 100000000;
ret[0] = firstChunk / 10;
ret[1] = firstChunk % 10;
value -= firstChunk * 100000000;
int[] secondChunk = ConvertSize4(value / 10000);
int[] thirdChunk = ConvertSize4(value % 10000);
ret[2] = secondChunk[0];
ret[3] = secondChunk[1];
ret[4] = secondChunk[2];
ret[5] = secondChunk[3];
ret[6] = thirdChunk[0];
ret[7] = thirdChunk[1];
ret[8] = thirdChunk[2];
ret[9] = thirdChunk[3];
return ret;
}
else if (value >= 100000000)
{
int[] ret = new int[9];
int firstChunk = value / 100000000;
ret[0] = firstChunk;
value -= firstChunk * 100000000;
int[] secondChunk = ConvertSize4(value / 10000);
int[] thirdChunk = ConvertSize4(value % 10000);
ret[1] = secondChunk[0];
ret[2] = secondChunk[1];
ret[3] = secondChunk[2];
ret[4] = secondChunk[3];
ret[5] = thirdChunk[0];
ret[6] = thirdChunk[1];
ret[7] = thirdChunk[2];
ret[8] = thirdChunk[3];
return ret;
}
else if (value >= 10000000)
{
int[] ret = new int[8];
int[] firstChunk = ConvertSize4(value / 10000);
int[] secondChunk = ConvertSize4(value % 10000);
ret[0] = firstChunk[0];
ret[1] = firstChunk[0];
ret[2] = firstChunk[0];
ret[3] = firstChunk[0];
ret[4] = secondChunk[0];
ret[5] = secondChunk[1];
ret[6] = secondChunk[2];
ret[7] = secondChunk[3];
return ret;
}
else if (value >= 1000000)
{
int[] ret = new int[7];
int[] firstChunk = ConvertSize4(value / 10000);
int[] secondChunk = ConvertSize4(value % 10000);
ret[0] = firstChunk[1];
ret[1] = firstChunk[2];
ret[2] = firstChunk[3];
ret[3] = secondChunk[0];
ret[4] = secondChunk[1];
ret[5] = secondChunk[2];
ret[6] = secondChunk[3];
return ret;
}
else if (value >= 100000)
{
int[] ret = new int[6];
int[] firstChunk = ConvertSize4(value / 10000);
int[] secondChunk = ConvertSize4(value % 10000);
ret[0] = firstChunk[2];
ret[1] = firstChunk[3];
ret[2] = secondChunk[0];
ret[3] = secondChunk[1];
ret[4] = secondChunk[2];
ret[5] = secondChunk[3];
return ret;
}
else
{
int[] ret = new int[5];
int[] chunk = ConvertSize4(value % 10000);
ret[0] = value / 10000;
ret[1] = chunk[0];
ret[2] = chunk[1];
ret[3] = chunk[2];
ret[4] = chunk[3];
return ret;
}
}
private static int[] UnclonedConvertSmall(int value)
{
int[] ret = memoizedResults2[value];
if (ret == null)
{
ret = value >= 1000 ? new[] { value / 1000, (value / 100) % 10,
(value / 10) % 10, value % 10 }
: value >= 100 ? new[] { value / 100, (value / 10) % 10,
value % 10 }
: value >= 10 ? new[] { value / 10, value % 10 }
: new int[] { value };
memoizedResults2[value] = ret;
}
return ret;
}
private static int[] ConvertSize4(int value)
{
int[] ret = memoizedResults3[value];
if (ret == null)
{
ret = new[] { value / 1000, (value / 100) % 10,
(value / 10) % 10, value % 10 };
memoizedResults3[value] = ret;
}
return ret;
}
#endregion UnrolledMemo
}
【讨论】：
for (int i = 0; i < size; i++) 被 JIT 编译器优化为比 for (int i = size - 1; i >= 0; i--) 更快。有点愚蠢，我知道 :( 我主要是为了可读性。
1 + Math.Log10(num) 将给出位数而无需任何搜索/循环：
public static byte[] Digits(int num)
{
int nDigits = 1 + Convert.ToInt32(Math.Floor(Math.Log10(num)));
byte[] digits = new byte[nDigits];
int index = nDigits - 1;
while (num > 0) {
byte digit = (byte) (num % 10);
digits[index] = digit;
num = num / 10;
index = index - 1;
}
return digits;
}
编辑：可能更漂亮：
public static byte[] Digits(int num)
{
int nDigits = 1 + Convert.ToInt32(Math.Floor(Math.Log10(num)));
byte[] digits = new byte[nDigits];
for(int i = nDigits - 1; i != 0; i--)
{
digits[i] = (byte)(num % 10);
num = num / 10;
}
return digits;
}
【讨论】：
将整数转换为字符串，然后使用 String.Chars[]
【讨论】：
百万次并不多。
// input: int num >= 0
List<byte> digits = new List<byte>();
while (num > 0)
{
byte digit = (byte) (num % 10);
digits.Insert(0, digit); // Insert to preserve order
num = num / 10;
}
// if you really want it as an array
byte[] bytedata = digits.ToArray();
请注意，如果您将 byte 更改为 sbyte 并测试 num != 0，则可以更改此设置以处理负数。
【讨论】：
“将”与“会”？我非常喜欢在编写、分析代码后优化代码，并且它已被确定为瓶颈。
【讨论】：
只是为了好玩，这里有一种仅使用一个 C# 语句来分隔所有数字的方法。它是这样工作的：正则表达式使用数字的字符串版本，将其数字拆分为字符串数组，最后外部 ConvertAll 方法从字符串数组创建一个 int 数组。
int num = 1234567890;
int [] arrDigits = Array.ConvertAll<string, int>(
System.Text.RegularExpressions.Regex.Split(num.ToString(), @"(?!^)(?!$)"),
str => int.Parse(str)
);
// resulting array is [1,2,3,4,5,6,7,8,9,0]
效率方面？...与我在这里看到的其他一些快速答案相比，我不确定。必须有人对其进行测试。
【讨论】：
也许是一个小循环展开？
int num = 147483647;
int nDigits = 1 + Convert.ToInt32(Math.Floor(Math.Log10(num)));
byte[] array = new byte[10] {
(byte)(num / 1000000000 % 10),
(byte)(num / 100000000 % 10),
(byte)(num / 10000000 % 10),
(byte)(num / 1000000 % 10),
(byte)(num / 100000 % 10),
(byte)(num / 10000 % 10),
(byte)(num / 1000 % 10),
(byte)(num / 100 % 10),
(byte)(num / 10 % 10),
(byte)(num % 10)};
byte[] digits;// = new byte[nDigits];
digits = array.Skip(array.Length-nDigits).ToArray();
感谢上面的 Log10 东西.. ;)
有一些关于基准测试的讨论...
我已经完全展开了循环，并与公认的 Jons 记忆变体相比，我得到了更快的时间：-
static int[] ConvertToArrayOfDigits_unrolled(int num)
{
if (num < 10)
{
return new int[1]
{
(num % 10)
};
}
else if (num < 100)
{
return new int[2]
{
(num / 10 % 10),
(num % 10)
};
}
else if (num < 1000)
{
return new int[3] {
(num / 100 % 10),
(num / 10 % 10),
(num % 10)};
}
else if (num < 10000)
{
return new int[4] {
(num / 1000 % 10),
(num / 100 % 10),
(num / 10 % 10),
(num % 10)};
}
else if (num < 100000)
{
return new int[5] {
(num / 10000 % 10),
(num / 1000 % 10),
(num / 100 % 10),
(num / 10 % 10),
(num % 10)};
}
else if (num < 1000000)
{
return new int[6] {
(num / 100000 % 10),
(num / 10000 % 10),
(num / 1000 % 10),
(num / 100 % 10),
(num / 10 % 10),
(num % 10)};
}
else if (num < 10000000)
{
return new int[7] {
(num / 1000000 % 10),
(num / 100000 % 10),
(num / 10000 % 10),
(num / 1000 % 10),
(num / 100 % 10),
(num / 10 % 10),
(num % 10)};
}
else if (num < 100000000)
{
return new int[8] {
(num / 10000000 % 10),
(num / 1000000 % 10),
(num / 100000 % 10),
(num / 10000 % 10),
(num / 1000 % 10),
(num / 100 % 10),
(num / 10 % 10),
(num % 10)};
}
else if (num < 1000000000)
{
return new int[9] {
(num / 100000000 % 10),
(num / 10000000 % 10),
(num / 1000000 % 10),
(num / 100000 % 10),
(num / 10000 % 10),
(num / 1000 % 10),
(num / 100 % 10),
(num / 10 % 10),
(num % 10)};
}
else
{
return new int[10] {
(num / 1000000000 % 10),
(num / 100000000 % 10),
(num / 10000000 % 10),
(num / 1000000 % 10),
(num / 100000 % 10),
(num / 10000 % 10),
(num / 1000 % 10),
(num / 100 % 10),
(num / 10 % 10),
(num % 10)};
}
}
可能是我在某个地方搞砸了 - 我没有太多时间去娱乐和玩游戏，但我将这个时间安排得快了 20%。
【讨论】：
如果您可以使用前导零，那就容易多了。
void Test()
{
// Note: 10 is the maximum number of digits.
int[] xs = new int[10];
System.Random r = new System.Random();
for (int i=0; i < 10000000; ++i)
Convert(xs, r.Next(int.MaxValue));
}
// Notice, I don't allocate and return an array each time.
public void Convert(int[] digits, int val)
{
for (int i = 0; i < 10; ++i)
{
digits[10 - i - 1] = val % 10;
val /= 10;
}
}
编辑：这是一个更快的版本。在我的电脑上，它比 Jon Skeet 的两种算法测试得更快，除了他的记忆版本：
static void Convert(int[] digits, int val)
{
digits[9] = val % 10; val /= 10;
digits[8] = val % 10; val /= 10;
digits[7] = val % 10; val /= 10;
digits[6] = val % 10; val /= 10;
digits[5] = val % 10; val /= 10;
digits[4] = val % 10; val /= 10;
digits[3] = val % 10; val /= 10;
digits[2] = val % 10; val /= 10;
digits[1] = val % 10; val /= 10;
digits[0] = val % 10; val /= 10;
}
【讨论】：
divide 和 mod 往往是缓慢的操作。我想知道使用乘法和减法的解决方案是否会更快，并且似乎（在我的计算机上）：
public static void ConvertToArrayOfDigits2(int value, int[] digits)
{
double v = value;
double vby10 = v * .1;
for (int index = digits.Length - 1; index >= 0; index--)
{
int ivby10 = (int)vby10;
digits[index] = (int)(v)- ivby10* 10;
v = ivby10;
vby10 = ivby10 * .1;
}
}
我传入一个数组而不是每次都分配它，以将内存分配器和长度排除在等式之外。如果数组长于数字，此版本将产生前导零。与 Jon 示例的类似转换版本相比：
public static void ConvertToArrayOfDigits(int value, int[] digits){
for (int index = digits.Length - 1; index >= 0; index--) {
digits[index] = value % 10;
value = value / 10;
}
}
无除法/mod 版本需要大约 50 多时间来生成给定数量的所有数组。我也尝试过使用浮点数，它只慢了大约 5-10%（双倍版本比浮点版本快）。
只是因为它让我感到困扰，这里是一个展开的版本，它再次稍微快一点：
public static void ConvertToArrayOfDigits3(int value, int[] digits)
{
double v = value;
double vby10 = v * .1;
int ivby10;
switch(digits.Length -1){
default:
throw new ArgumentOutOfRangeException();
case 10:
ivby10 = (int)vby10;
digits[10] = (int)(v) - ivby10 * 10;
v = ivby10;
vby10 = ivby10 * .1;
goto case 9;
case 9:
ivby10 = (int)vby10;
digits[9] = (int)(v) - ivby10 * 10;
v = ivby10;
vby10 = ivby10 * .1;
goto case 8;
case 8:
ivby10 = (int)vby10;
digits[8] = (int)(v) - ivby10 * 10;
v = ivby10;
vby10 = ivby10 * .1;
goto case 7;
case 7:
ivby10 = (int)vby10;
digits[7] = (int)(v) - ivby10 * 10;
v = ivby10;
vby10 = ivby10 * .1;
goto case 6;
case 6:
ivby10 = (int)vby10;
digits[6] = (int)(v) - ivby10 * 10;
v = ivby10;
vby10 = ivby10 * .1;
goto case 5;
case 5:
ivby10 = (int)vby10;
digits[5] = (int)(v) - ivby10 * 10;
v = ivby10;
vby10 = ivby10 * .1;
goto case 4;
case 4:
ivby10 = (int)vby10;
digits[4] = (int)(v) - ivby10 * 10;
v = ivby10;
vby10 = ivby10 * .1;
goto case 3;
case 3:
ivby10 = (int)vby10;
digits[3] = (int)(v) - ivby10 * 10;
v = ivby10;
vby10 = ivby10 * .1;
goto case 2;
case 2:
ivby10 = (int)vby10;
digits[2] = (int)(v) - ivby10 * 10;
v = ivby10;
vby10 = ivby10 * .1;
goto case 1;
case 1:
ivby10 = (int)vby10;
digits[1] = (int)(v) - ivby10 * 10;
v = ivby10;
vby10 = ivby10 * .1;
goto case 0;
case 0:
ivby10 = (int)vby10;
digits[0] = (int)(v) - ivby10 * 10;
break;
}
}
【讨论】：
根据我的测试，每次分配一个新的 int[] 都会占用大量时间。如果您知道这些值将被使用一次并在下一次调用之前被丢弃，那么您可以重用静态数组以显着提高速度：
private static readonly int[] _buffer = new int[10];
public static int[] ConvertToArrayOfDigits(int value)
{
for (int index = 9; index >= 0; index--)
{
_buffer[index] = value % 10;
value = value / 10;
}
return _buffer;
}
为了使代码更小，我为较小的数字返回尾随零，但这可以通过使用 9 个不同的静态数组（或数组数组）轻松更改。
或者，可以提供 2 个单独的 ConvertToArrayOfDigits 方法，一个采用预先创建的 int 数组作为额外参数，另一个没有在调用第一个方法之前创建结果缓冲区的方法。
public static void ConvertToArrayOfDigits(int value, int[] digits) { ... }
public static int[] ConvertToArrayOfDigits(int value)
{
int size = DetermineDigitCount(value);
int[] digits = new int[size];
ConvertToArrayOfDigits(value, digits);
return digits;
}
这样，如果他们的用例允许，调用者可能会创建一个静态可重用缓冲区。
【讨论】：
我没有对此或任何东西进行基准测试，但我认为这将是最简单的答案。如果我错了，请纠正我。
Dim num As Integer = 147483647
Dim nDigits As Integer = 1 + Convert.ToInt32(Math.Floor(Math.Log10(num)))
Dim result(nDigits - 1) As Integer
For a As Integer = 1 To nDigits
result(a - 1) = Int(num / (10 ^ (nDigits - a))) Mod 10
Next
** 编辑 **
修改了函数，因为指数似乎非常昂贵。
Private Function Calc(ByVal num As Integer) As Integer()
Dim nDigits As Int64 = 1 + Convert.ToInt64(Math.Floor(Math.Log10(num)))
Dim result(nDigits - 1) As Integer
Dim place As Integer = 1
For a As Integer = 1 To nDigits
result(nDigits - a) = Int(num / place) Mod 10
place = place * 10
Next
Return result
End Function
这个基准大约为 775k/秒（对于 9 位或更少的数字）。将最大位数降至 7，它以 885k/s 的速度运行。 5 位，1.1m/s。
【讨论】：