CLR中的数组边界检查消除？

Question

我最近阅读了Dave Detlefs的这篇文章，其中他提出了一些CLR执行数组边界检查消除的情况。我决定自己测试一下，所以我做了以下几点：

• Opened Visual Studio 2010 Ultimate SP1
• Created a new C# project of type Console Application (targeting .NET 4 Client Profile by default)

• Added the following code (all sub-methods are taken directly from the article):

  class Program {
      static void Main(string[] args) {
          int[] array = new int[30];
          Test_SimpleAscend(array);
          Test_SimpleRedundant(array, 3);
  
          foreach (int i in array) {
              Console.WriteLine(i);
          }
      }
  
      static void Test_SimpleAscend(int[] a) {
          for (int i = 0; i < a.Length; i++)
              a[i] = i;
      }
  
      static void Test_SimpleRedundant(int[] a, int i) {
          int k = a[i];
          k = k + a[i];
      }
  }
  

• Switched to Release mode; verified that "Optimize Code" is checked in the Build options

• Added a breakpoint to each array access, started debugging (F5) and opened the Dissassembly window

在Test_SimpleAscend中，a[i] = i;的反汇编如下：

                a[i] = i;
00000024  mov         eax,dword ptr [ebp-4] 
00000027  mov         edx,dword ptr [ebp-8] 
0000002a  cmp         eax,dword ptr [edx+4] 
0000002d  jb          00000034 
0000002f  call        64FD6E08 
00000034  mov         ecx,dword ptr [ebp-4] 
00000037  mov         dword ptr [edx+eax*4+8],ecx 

“cmp/jb/call”是边界检查，实际上强制执行调用会抛出IndexOutOfRangeException异常。

所有数组访问都是相同的，包括Test_SimpleRedundant中的冗余访问。那么我的测试方法有什么问题，或者CLR实际上没有消除边界检查？我希望我是错的，如果是这样，我想知道如何真正消除数组边界检查。

- Asik

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您说“开始调试”时，我理解为您是在Visual Studio环境中使用调试器启动了应用程序。在这种情况下，您需要确保启用JIT编译，因为默认情况下它是关闭的。JIT编译器执行此优化，而不是C#编译器。 - Cody Gray

如果禁用边界检查，您希望发生什么？这通常是人们在使用像C#这样的托管语言时期望拥有的功能。 - M.Babcock

确保优化已启用的最简单方法是在不调试的情况下启动应用程序，然后将调试器附加到它上面。 - svick

@M.Babcock：他并不希望禁用边界检查；他期望JIT能够检测到边界永远不会被超越，从而可以优化掉这些检查。 - Gabe

@M.Babcock 这不是要禁用它，而是在一些情况下优化一些检查，如果我们可以静态地证明索引在数组边界内，则这样做。在这种情况下，边界检查是多余的，只会减慢执行速度。 - Asik

这很有道理。只是奇怪的是，我们期望一个常用的功能在那里，却没有它。如果我不需要边界检查，我会使用不进行此项操作的语言（比如C++）。 - M.Babcock

Answer 1

感谢 Cody Gray 的评论，我成功回答了自己的问题：

默认情况下，在调试时 JIT 优化是被禁用的。要解决这个问题，可以进入“调试”->“选项和设置”->“调试”->“常规”，然后取消选中“启用我的代码”和“在模块加载时抑制 JIT 优化”。

另请参见https://learn.microsoft.com/zh-cn/visualstudio/debugger/jit-optimization-and-debugging

启用优化后，边界检查就像广告中所说的那样被移除了。

出于文档目的，我会将其留在此处。

- Asik