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日期时间.DayOfWeek微优化

c#performancedatetimemicro-optimizationdayofweek
22

首先：

  1. 我只是出于好玩和渴望学习的目的提出这个问题。我必须承认，我喜欢折腾微小的优化（尽管它们从未在我的任何开发中导致过任何显著的速度增加）。

  2. DateTime.DayOfWeek 方法在我所有的应用程序中都不是瓶颈。

  3. 在其他任何应用程序中，这也极不可能成为一个问题。如果有人认为这个方法对他的应用程序性能有影响，他应该考虑何时进行优化，然后进行一次分析。

使用 ILSpy 反编译 DateTime 类，我们可以找出 DateTime.DayOfWeek 是如何实现的：

public DayOfWeek DayOfWeek
{
    [__DynamicallyInvokable, TargetedPatchingOptOut("Performance critical to inline across NGen image boundaries")]
    get
    {
        return (DayOfWeek)((this.InternalTicks / 864000000000L + 1L) % 7L);
    }
}

public long Ticks
{
    [__DynamicallyInvokable, TargetedPatchingOptOut("Performance critical to inline this type of method across NGen image boundaries")]
    get
    {
        return this.InternalTicks;
    }
}

这种方法执行以下操作:

  1. 将与当前日期对应的刻度数除以一天中现有的刻度数。

  2. 我们将以上结果加1，以使7的余数介于0和6之间。

这是计算星期几的唯一方法吗？

是否可能重新实现以使其运行更快？

请看这个问题：https://dev59.com/MHTYa4cB1Zd3GeqPxKRX 。不同的是，我已经回答了自己的问题。 - rpax
1个回答
83

让我们进行一些调整。

  1. TimeSpan.TicksPerDay (864000000000) 的质因数分解为：Prime factorization of 864000000000

现在可以将DayOfWeek表示为：

public DayOfWeek DayOfWeek
{                   
    get
    {
        return (DayOfWeek)(((Ticks>>14) / 52734375 + 1L) % 7L);
    }
}

我们正在模7运算，52734375 % 7 是1。因此，上面的代码等价于：

public static DayOfWeek dayOfWeekTurbo(this DateTime date)
{
    return (DayOfWeek)(((date.Ticks >> 14) + 1) % 7);
}

直觉上，它是有效的。但是让我们用代码来证明它。
public static void proof()
{
    DateTime date = DateTime.MinValue;
    DateTime max_date = DateTime.MaxValue.AddDays(-1);
    while (date < max_date)
    {
        if (date.DayOfWeek != date.dayOfWeekTurbo())
        {
            Console.WriteLine("{0}\t{1}", date.DayOfWeek, date.dayOfWeekTurbo());
            Console.ReadLine();
        }
        date = date.AddDays(1);
    }
}

如果您想运行它，可以运行，但我向您保证它能正常工作。

好的，唯一剩下的就是一些基准测试。

这是一个辅助方法，为了让代码更清晰：

public static IEnumerable<DateTime> getAllDates()
{
    DateTime d = DateTime.MinValue;
    DateTime max = DateTime.MaxValue.AddDays(-1);
    while (d < max)
    {
        yield return d;
        d = d.AddDays(1);
    }
}

我想这不需要解释。
public static void benchDayOfWeek()
{

    DateTime[] dates = getAllDates().ToArray();
    // for preventing the compiler doing things that we don't want to
    DayOfWeek[] foo = new DayOfWeek[dates.Length];
    for (int max_loop = 0; max_loop < 10000; max_loop+=100)
    {


        Stopwatch st1, st2;
        st1 = Stopwatch.StartNew();
        for (int i = 0; i < max_loop; i++)
            for (int j = 0; j < dates.Length; j++)
                foo[j] = dates[j].DayOfWeek;
        st1.Stop();

        st2 = Stopwatch.StartNew();
        for (int i = 0; i < max_loop; i++)
            for (int j = 0; j < dates.Length; j++)
                foo[j] = dates[j].dayOfWeekTurbo();
        st2.Stop();

        Console.WriteLine("{0},{1}", st1.ElapsedTicks, st2.ElapsedTicks);

    }
    Console.ReadLine();
    Console.WriteLine(foo[0]);

}

输出：

96,28
172923452,50884515
352004290,111919170
521851120,168153321
683972846,215554958
846791857,264187194
1042803747,328459950
Monday

如果我们用数据制作图表，它看起来像这样：

Chart

╔══════════════════════╦════════════════════╦═════════════════════╦═════════════╗
║ Number of iterations ║ Standard DayOfWeek ║ Optimized DayOfWeek ║   Speedup   ║
╠══════════════════════╬════════════════════╬═════════════════════╬═════════════╣
║                    0 ║                 96 ║                  28 ║ 3.428571429 ║
║                  100 ║          172923452 ║            50884515 ║ 3.398351188 ║
║                  200 ║          352004290 ║           111919170 ║ 3.145165301 ║
║                  300 ║          521851120 ║           168153321 ║ 3.103424404 ║
║                  400 ║          683972846 ║           215554958 ║ 3.1730787   ║
║                  500 ║          846791857 ║           264187194 ║ 3.205272156 ║
║                  600 ║         1042803747 ║           328459950 ║ 3.174827698 ║
╚══════════════════════╩════════════════════╩═════════════════════╩═════════════╝

速度提升3倍。

注意：代码使用Visual Studio 2013编译，以发布模式运行，并在除应用程序外关闭所有内容（当然包括VS）。

我在东芝Satellite C660-2JK上进行了测试， 采用英特尔® Core™ i3-2350M处理器和Windows® 7 Home Premium 64位操作系统。

编辑：

正如Jon Skeet所指出的那样，该方法在不处于日期边界时可能会失败。

由于Jon Skeet的评论，这个答案被修改了：

dayOfWeekTurbo在不处于日期边界时可能会失败。例如， 考虑new DateTime(2014, 3, 11, 21, 39, 30)——你的方法认为 它是星期五，但实际上是星期二。"我们在模7下工作"是错误的方式...通过去掉额外的 除法，星期几会在一天之中改变。

因此，我决定进行编辑。

如果我们更改proof()方法，

public static void proof()
{
    DateTime date = DateTime.MinValue;
    DateTime max_date = DateTime.MaxValue.AddSeconds(-1);
    while (date < max_date)
    {
        if (date.DayOfWeek != date.dayOfWeekTurbo2())
        {
            Console.WriteLine("{0}\t{1}", date.DayOfWeek, date.dayOfWeekTurbo2());
            Console.ReadLine();
        }
        date = date.AddSeconds(1);
    }
}

失败啦！

Jon Skeet 是正确的。让我们遵循 Jon Skeet 的建议，并应用这个除法。

public static DayOfWeek dayOfWeekTurbo2(this DateTime date)
{
    return (DayOfWeek)((((date.Ticks >> 14) / 52734375L )+ 1) % 7);
}

此外，我们改变了getAllDates()方法。

public static IEnumerable<DateTime> getAllDates()
{
    DateTime d = DateTime.MinValue;
    DateTime max = DateTime.MaxValue.AddHours(-1);
    while (d < max)
    {
        yield return d;
        d = d.AddHours(1);
    }
}

并且 benchDayOfWeek()

public static void benchDayOfWeek()
{

    DateTime[] dates = getAllDates().ToArray();
    DayOfWeek[] foo = new DayOfWeek[dates.Length];
    for (int max_loop = 0; max_loop < 10000; max_loop ++)
    {


        Stopwatch st1, st2;
        st1 = Stopwatch.StartNew();
        for (int i = 0; i < max_loop; i++)
            for (int j = 0; j < dates.Length; j++)
                foo[j] = dates[j].DayOfWeek;
        st1.Stop();

        st2 = Stopwatch.StartNew();
        for (int i = 0; i < max_loop; i++)
            for (int j = 0; j < dates.Length; j++)
                foo[j] = dates[j].dayOfWeekTurbo2();
        st2.Stop();

        Console.WriteLine("{0},{1}", st1.ElapsedTicks, st2.ElapsedTicks);

    }
    Console.ReadLine();
    Console.WriteLine(foo[0]);

}

速度仍然会更快吗？答案是是的

输出：

90,26
43772675,17902739
84299562,37339935
119418847,47236771
166955278,72444714
207441663,89852249
223981096,106062643
275440586,125110111
327353547,145689642
363908633,163442675
407152133,181642026
445141584,197571786
495590201,217373350
520907684,236609850
511052601,217571474
610024381,260208969
637676317,275558318

Chart

╔══════════════════════╦════════════════════╦════════════════════════╦═════════════╗
║ Number of iterations ║ Standard DayOfWeek ║ Optimized DayOfWeek(2) ║  Speedup    ║
╠══════════════════════╬════════════════════╬════════════════════════╬═════════════╣
║                    1 ║           43772675 ║               17902739 ║ 2.445026708 ║
║                    2 ║           84299562 ║               37339935 ║ 2.257624766 ║
║                    3 ║          119418847 ║               47236771 ║ 2.528090817 ║
║                    4 ║          166955278 ║               72444714 ║ 2.304588821 ║
║                    5 ║          207441663 ║               89852249 ║ 2.308697504 ║
║                    6 ║          223981096 ║              106062643 ║ 2.111781205 ║
║                    7 ║          275440586 ║              125110111 ║ 2.201585338 ║
║                    8 ║          327353547 ║              145689642 ║ 2.246923958 ║
║                    9 ║          363908633 ║              163442675 ║ 2.226521519 ║
║                   10 ║          407152133 ║              181642026 ║ 2.241508433 ║
║                   11 ║          445141584 ║              197571786 ║ 2.25306251  ║
║                   12 ║          495590201 ║              217373350 ║ 2.279903222 ║
║                   13 ║          520907684 ║              236609850 ║ 2.201546909 ║
║                   14 ║          511052601 ║              217571474 ║ 2.348895246 ║
║                   15 ║          610024381 ║              260208969 ║ 2.344363391 ║
║                   16 ║          637676317 ║              275558318 ║ 2.314124725 ║
╚══════════════════════╩════════════════════╩════════════════════════╩═════════════╝

速度提升两倍。

4
我在这里找到了它：http://www.sensefulsolutions.com/2010/10/format-text-as-table.html。 它已经在我的书签栏上了 :) - rpax
11
当dayOfWeekTurbo不在日期边界时可能会失败。例如，考虑new DateTime(2014, 3, 11, 21, 39, 30) - 您的方法认为它是星期五，但实际上是星期二。"我们使用模7进行计算"的方向是错误的，基本上...通过删除额外的除法，一天中的星期几会在一天内变化。 - Jon Skeet
1
Skeet 是绝对正确的。原始的 long 除法 InternalTicks / TimeSpan.TicksPerDay 具有截断值内部的时间部分的重要特征。您的子表达式 date.Ticks >> 14 每 2**14 == 16384 tick "增加" 一次，因此每经过 1.6384 毫秒，您将获得一个新的星期几？ - Jeppe Stig Nielsen
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可以查看英文原文，
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