不安全的C#技巧以提高速度

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不安全的C#技巧以提高速度

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我不习惯使用指针（例如C ++），也不熟悉不安全的编程：只用“安全”的C＃。现在，我想在 .Net Micro Framework 中实现一个函数，其中紧凑性和性能非常重要。基本上，我想要收集四个short类型的值，并将它们存入缓冲区（例如字节数组）。假设每个样本都是这样的：

struct MyStruct
{
    public short An1;
    public short An2;
    public short An3;
    public short An4;
}

每个样本都是通过计时器事件收集的，所以我不能使用循环（有几个原因）。我尝试了许多有效的方法来做到这一点，但似乎性能最好的是这个：

unsafe struct MyStruct2
{
    public fixed byte Buffer[Program.BufferSize];
}


unsafe class Program
{
    public const int BufferSize = 0x1000;
    public const int ArraySize = BufferSize / 8;

    static MyStruct2 _struct2 = new MyStruct2();
    static MyStruct* _structPtr;


    unsafe static void Main(string[] args)
    {
        int iter = 5000;  //just for simulate many cycles

        for (int i = 0; i < iter; i++)
        {
            //let's make a trick!
            fixed (byte* ptr = _struct2.Buffer)
                _structPtr = (MyStruct*)ptr;

            _structIndex = 0;
            do
            {
                Test5();
            } while (++_structIndex < ArraySize);
        }


        Console.ReadKey();
    }


    unsafe static void Test5()
    {
        _structPtr->An1 = (short)An1();
        _structPtr->An2 = (short)An2();
        _structPtr->An3 = (short)An3();
        _structPtr->An4 = (short)An4();
        _structPtr++;
    }


    //simulations of ADC reading
    static int An1()
    {
        return 0x1111;
    }

    static int An2()
    {
        return 0x2222;
    }

    static int An3()
    {
        return 0x3333;
    }

    static int An4()
    {
        return 0x4444;
    }
}

相对于以下更加安全的方式，改进并不是很大（177ms对比224ms），但仍然是显著的。

    static MyStruct Test3()
    {
        var data = new MyStruct();
        data.An1 = (short)An1();
        data.An2 = (short)An2();
        data.An3 = (short)An3();
        data.An4 = (short)An4();
        return data;
    }

注意：我已经删除了一些代码，但我认为它足够清楚。

我的问题是：通过将“fixed”指针复制到另一个未固定的指针所做的“技巧”是否可靠？...但您可以假设所有数据都是静态分配的，因此应该已固定。提前致谢。干杯

- Mario Vernari

2

你有没有在 JIT 编译一次的情况下进行测量？我的意思是，你是否尝试运行托管函数一次，然后在循环中对其进行测量？JIT 编译只会发生一次，因此如果将其包含在时间总和中，则与不安全的方式进行比较会产生不良影响。 - jdehaan

1

为什么AnX方法返回int？不能让它们返回short并跳过强制转换吗？这样会提高性能吗？此外，从fixed语句中取出托管缓冲区的指针似乎是一个非常糟糕的想法。我不确定，但如果GC妨碍了它可能会有问题。 - R. Martinho Fernandes

4

@jde - 这里不存在抖动，IL被解释执行。放弃对效率的所有假设。 - Hans Passant

@Mario：fixed 开始一个语句块。你的“块”只包含一个语句，即指针的赋值。该块的目的是为整个块固定托管内存。之后，托管内存可以被 GC 移动。我对微型框架一无所知，因此在那个环境中可能并不重要。 - Tergiver

这很清楚，但是......假设我从未销毁我的_struct2对象，那么什么时候可以进行垃圾回收呢？我猜编译器无法保证它被固定，但实际上它确实被固定了。关于微框架，这些事情没有任何区别。 - Mario Vernari

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3个回答

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我认为你的“技巧”不是问题。没有人关心你如何索引内存，或者你使用多少偏移量来完成它。但我认为你需要听取他人的建议，并确保你使用StructLayout.Sequential或.Explicit来控制结构体的布局。同时注意Size和Pack选项。

另一个问题是，你需要在fixed块中完成所有工作，这一点也已经被提到过了。

fixed (byte* ptr = struct2.Buffer)
{
    var structPtr = (MyStruct*)ptr;
    var structIndex = 0;
    do
    {
        Test5(structPtr);
    } while (++structIndex < ArraySize);
}

个人认为，您已经陷入了一些微观优化的困境，最好使用安全的C#代码。根据您提供的数字，（224x10^-3 - 177x10^-3）得出47ms，除以5000次迭代，每次迭代净得9.4us（假设Windows此时没有执行其他任务）。

- Ritch Melton

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微型框架是标准框架的一个微小子集，专门为小型设备（时钟慢、RAM/ROM较少）而设计。我展示的时间是在台式电脑上测量的（相当快），但它只是性能比例的指示性数据。我不能像你建议的那样使用闭环，因为我的CPU太慢了。我想唯一合理的答案就是创建一个C++本地自定义驱动程序。 - Mario Vernari

我不知道你所说的闭环是什么意思，但如果你有如此严格的实时要求（在 ~1ms 以下），我怀疑 'C++' 并不能帮助你太多。祝你好运。 - Ritch Melton

0

看看这个示例，它来自不同的帖子，关于我广泛使用的一些代码。你的想法是正确的，只需要设置FieldOffset()值，然后在访问数据时使用fixed()关键字。

这种方法非常可靠，但并不真正更快。我使用它的原因是，当我有很多字段要作为数组访问时，我想要一种快速的方式。

- John Alexiou

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- Josh Gallagher · Accepted Answer

我认为这段代码不安全。在固定范围内的_structPtr = (MyStruct*)ptr之后，您继续假设_struct2不会移动并将数据放入_structPtr中。虽然您正确地指出它不会被GC回收，但这并不意味着GC不会在内存压缩期间移动它。.NET Compact Framework仍然进行垃圾回收，我认为它会压缩内存而不是使其碎片化。

例如，如果在_struct2之前在堆上分配的短暂（非静态）对象被GC删除，则该结构使用的内存可能会移动到该短暂对象使用的空闲空间中。此时，_structPtr指向未使用的内存。

将Test3()修改为采用ref MyStruct data是否有帮助？

此外，请查看[StructLayout(LayoutKind.Explicit)]和[FieldOffset(...)]，这将允许您拥有一个单一的结构体，其中包含多种访问相同数据的方式。在您的情况下，可以作为4个字节或1个int或（可能）1个由4个字节组成的数组。