Intro: scrivo codice ad alte prestazioni in C #. Sì, so che C ++ mi darebbe una migliore ottimizzazione, ma scelgo comunque di usare C #. Non desidero discutere questa scelta. Piuttosto, mi piacerebbe sentire chi, come me, sta cercando di scrivere codice ad alte prestazioni su .NET Framework.
Domande:
- Perché l'operatore nel codice seguente è più lento della chiamata al metodo equivalente ??
- Perché il metodo che passa due double nel codice sottostante è più veloce del metodo equivalente che passa una struttura che ha due double all'interno? (A: JIT più vecchi ottimizzano male le strutture)
- C'è un modo per fare in modo che il compilatore .NET JIT tratti le strutture semplici in modo efficiente quanto i membri della struttura? (A: ottieni il JIT più recente)
Quello che penso di sapere: il compilatore .NET JIT originale non integrava nulla che implicasse una struttura. Gli struct dati bizzarri dovrebbero essere usati solo dove hai bisogno di tipi di valore piccolo che dovrebbero essere ottimizzati come built-in, ma vero. Fortunatamente, in .NET 3.5SP1 e .NET 2.0SP2, sono stati apportati alcuni miglioramenti all'ottimizzatore JIT, inclusi miglioramenti all'inlining, in particolare per le strutture. (Immagino che lo abbiano fatto perché altrimenti la nuova struttura Complex che stavano introducendo avrebbe funzionato in modo orribile ... quindi il team Complex probabilmente stava martellando sul team di JIT Optimizer.) Quindi, qualsiasi documentazione precedente a .NET 3.5 SP1 è probabilmente non troppo rilevante per questo problema.
Cosa mostra il mio test: ho verificato di avere il più recente JIT Optimizer controllando che il file C: \ Windows \ Microsoft.NET \ Framework \ v2.0.50727 \ mscorwks.dll abbia la versione> = 3053 e quindi dovrebbero avere quei miglioramenti all'ottimizzatore JIT. Tuttavia, anche con quello, quali sono i miei tempi e guarda allo smontaggio entrambi mostrano:
Il codice prodotto da JIT per passare una struttura con due doppi è molto meno efficiente del codice che passa direttamente i due doppi.
Il codice prodotto da JIT per un metodo struct passa "this" in modo molto più efficiente rispetto a quando si passa una struct come argomento.
Il JIT è ancora in linea meglio se si passano due doppi anziché una struttura con due doppi, anche con il moltiplicatore perché è chiaramente in un ciclo.
I tempi: In realtà, guardando lo smontaggio, mi rendo conto che la maggior parte delle volte nei cicli è solo l'accesso ai dati di prova fuori dalla lista. La differenza tra i quattro modi per effettuare le stesse chiamate è notevolmente diversa se si tiene conto del codice overhead del ciclo e dell'accesso ai dati. Ottengo velocità da 5x a 20x eseguendo PlusEqual (double, double) invece di PlusEqual (Element). E da 10x a 40x per l'esecuzione di PlusEqual (double, double) invece dell'operatore + =. Wow. Triste.
Ecco una serie di tempi:
Populating List<Element> took 320ms.
The PlusEqual() method took 105ms.
The 'same' += operator took 131ms.
The 'same' -= operator took 139ms.
The PlusEqual(double, double) method took 68ms.
The do nothing loop took 66ms.
The ratio of operator with constructor to method is 124%.
The ratio of operator without constructor to method is 132%.
The ratio of PlusEqual(double,double) to PlusEqual(Element) is 64%.
If we remove the overhead time for the loop accessing the elements from the List...
The ratio of operator with constructor to method is 166%.
The ratio of operator without constructor to method is 187%.
The ratio of PlusEqual(double,double) to PlusEqual(Element) is 5%.
Il codice:
namespace OperatorVsMethod
{
public struct Element
{
public double Left;
public double Right;
public Element(double left, double right)
{
this.Left = left;
this.Right = right;
}
public static Element operator +(Element x, Element y)
{
return new Element(x.Left + y.Left, x.Right + y.Right);
}
public static Element operator -(Element x, Element y)
{
x.Left += y.Left;
x.Right += y.Right;
return x;
}
/// <summary>
/// Like the += operator; but faster.
/// </summary>
public void PlusEqual(Element that)
{
this.Left += that.Left;
this.Right += that.Right;
}
/// <summary>
/// Like the += operator; but faster.
/// </summary>
public void PlusEqual(double thatLeft, double thatRight)
{
this.Left += thatLeft;
this.Right += thatRight;
}
}
[TestClass]
public class UnitTest1
{
[TestMethod]
public void TestMethod1()
{
Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
// Populate a List of Elements to multiply together
int seedSize = 4;
List<double> doubles = new List<double>(seedSize);
doubles.Add(2.5d);
doubles.Add(100000d);
doubles.Add(-0.5d);
doubles.Add(-100002d);
int size = 2500000 * seedSize;
List<Element> elts = new List<Element>(size);
stopwatch.Reset();
stopwatch.Start();
for (int ii = 0; ii < size; ++ii)
{
int di = ii % seedSize;
double d = doubles[di];
elts.Add(new Element(d, d));
}
stopwatch.Stop();
long populateMS = stopwatch.ElapsedMilliseconds;
// Measure speed of += operator (calls ctor)
Element operatorCtorResult = new Element(1d, 1d);
stopwatch.Reset();
stopwatch.Start();
for (int ii = 0; ii < size; ++ii)
{
operatorCtorResult += elts[ii];
}
stopwatch.Stop();
long operatorCtorMS = stopwatch.ElapsedMilliseconds;
// Measure speed of -= operator (+= without ctor)
Element operatorNoCtorResult = new Element(1d, 1d);
stopwatch.Reset();
stopwatch.Start();
for (int ii = 0; ii < size; ++ii)
{
operatorNoCtorResult -= elts[ii];
}
stopwatch.Stop();
long operatorNoCtorMS = stopwatch.ElapsedMilliseconds;
// Measure speed of PlusEqual(Element) method
Element plusEqualResult = new Element(1d, 1d);
stopwatch.Reset();
stopwatch.Start();
for (int ii = 0; ii < size; ++ii)
{
plusEqualResult.PlusEqual(elts[ii]);
}
stopwatch.Stop();
long plusEqualMS = stopwatch.ElapsedMilliseconds;
// Measure speed of PlusEqual(double, double) method
Element plusEqualDDResult = new Element(1d, 1d);
stopwatch.Reset();
stopwatch.Start();
for (int ii = 0; ii < size; ++ii)
{
Element elt = elts[ii];
plusEqualDDResult.PlusEqual(elt.Left, elt.Right);
}
stopwatch.Stop();
long plusEqualDDMS = stopwatch.ElapsedMilliseconds;
// Measure speed of doing nothing but accessing the Element
Element doNothingResult = new Element(1d, 1d);
stopwatch.Reset();
stopwatch.Start();
for (int ii = 0; ii < size; ++ii)
{
Element elt = elts[ii];
double left = elt.Left;
double right = elt.Right;
}
stopwatch.Stop();
long doNothingMS = stopwatch.ElapsedMilliseconds;
// Report results
Assert.AreEqual(1d, operatorCtorResult.Left, "The operator += did not compute the right result!");
Assert.AreEqual(1d, operatorNoCtorResult.Left, "The operator += did not compute the right result!");
Assert.AreEqual(1d, plusEqualResult.Left, "The operator += did not compute the right result!");
Assert.AreEqual(1d, plusEqualDDResult.Left, "The operator += did not compute the right result!");
Assert.AreEqual(1d, doNothingResult.Left, "The operator += did not compute the right result!");
// Report speeds
Console.WriteLine("Populating List<Element> took {0}ms.", populateMS);
Console.WriteLine("The PlusEqual() method took {0}ms.", plusEqualMS);
Console.WriteLine("The 'same' += operator took {0}ms.", operatorCtorMS);
Console.WriteLine("The 'same' -= operator took {0}ms.", operatorNoCtorMS);
Console.WriteLine("The PlusEqual(double, double) method took {0}ms.", plusEqualDDMS);
Console.WriteLine("The do nothing loop took {0}ms.", doNothingMS);
// Compare speeds
long percentageRatio = 100L * operatorCtorMS / plusEqualMS;
Console.WriteLine("The ratio of operator with constructor to method is {0}%.", percentageRatio);
percentageRatio = 100L * operatorNoCtorMS / plusEqualMS;
Console.WriteLine("The ratio of operator without constructor to method is {0}%.", percentageRatio);
percentageRatio = 100L * plusEqualDDMS / plusEqualMS;
Console.WriteLine("The ratio of PlusEqual(double,double) to PlusEqual(Element) is {0}%.", percentageRatio);
operatorCtorMS -= doNothingMS;
operatorNoCtorMS -= doNothingMS;
plusEqualMS -= doNothingMS;
plusEqualDDMS -= doNothingMS;
Console.WriteLine("If we remove the overhead time for the loop accessing the elements from the List...");
percentageRatio = 100L * operatorCtorMS / plusEqualMS;
Console.WriteLine("The ratio of operator with constructor to method is {0}%.", percentageRatio);
percentageRatio = 100L * operatorNoCtorMS / plusEqualMS;
Console.WriteLine("The ratio of operator without constructor to method is {0}%.", percentageRatio);
percentageRatio = 100L * plusEqualDDMS / plusEqualMS;
Console.WriteLine("The ratio of PlusEqual(double,double) to PlusEqual(Element) is {0}%.", percentageRatio);
}
}
}
L'IL: (ovvero ciò in cui vengono compilati alcuni dei precedenti)
public void PlusEqual(Element that)
{
00000000 push ebp
00000001 mov ebp,esp
00000003 push edi
00000004 push esi
00000005 push ebx
00000006 sub esp,30h
00000009 xor eax,eax
0000000b mov dword ptr [ebp-10h],eax
0000000e xor eax,eax
00000010 mov dword ptr [ebp-1Ch],eax
00000013 mov dword ptr [ebp-3Ch],ecx
00000016 cmp dword ptr ds:[04C87B7Ch],0
0000001d je 00000024
0000001f call 753081B1
00000024 nop
this.Left += that.Left;
00000025 mov eax,dword ptr [ebp-3Ch]
00000028 fld qword ptr [ebp+8]
0000002b fadd qword ptr [eax]
0000002d fstp qword ptr [eax]
this.Right += that.Right;
0000002f mov eax,dword ptr [ebp-3Ch]
00000032 fld qword ptr [ebp+10h]
00000035 fadd qword ptr [eax+8]
00000038 fstp qword ptr [eax+8]
}
0000003b nop
0000003c lea esp,[ebp-0Ch]
0000003f pop ebx
00000040 pop esi
00000041 pop edi
00000042 pop ebp
00000043 ret 10h
public void PlusEqual(double thatLeft, double thatRight)
{
00000000 push ebp
00000001 mov ebp,esp
00000003 push edi
00000004 push esi
00000005 push ebx
00000006 sub esp,30h
00000009 xor eax,eax
0000000b mov dword ptr [ebp-10h],eax
0000000e xor eax,eax
00000010 mov dword ptr [ebp-1Ch],eax
00000013 mov dword ptr [ebp-3Ch],ecx
00000016 cmp dword ptr ds:[04C87B7Ch],0
0000001d je 00000024
0000001f call 75308159
00000024 nop
this.Left += thatLeft;
00000025 mov eax,dword ptr [ebp-3Ch]
00000028 fld qword ptr [ebp+10h]
0000002b fadd qword ptr [eax]
0000002d fstp qword ptr [eax]
this.Right += thatRight;
0000002f mov eax,dword ptr [ebp-3Ch]
00000032 fld qword ptr [ebp+8]
00000035 fadd qword ptr [eax+8]
00000038 fstp qword ptr [eax+8]
}
0000003b nop
0000003c lea esp,[ebp-0Ch]
0000003f pop ebx
00000040 pop esi
00000041 pop edi
00000042 pop ebp
00000043 ret 10h