在循环之前或循环中声明变量之间的区别？

Question

我一直想知道，一般来说，在循环之前声明一个丢弃变量，而不是在循环内重复，是否会产生任何（性能）​​差异？ Java 中的（相当无意义的）示例：

a)循环前声明：

double intermediateResult;
for(int i=0; i < 1000; i++){
    intermediateResult = i;
    System.out.println(intermediateResult);
}

b)在循环内声明（重复）：

for(int i=0; i < 1000; i++){
    double intermediateResult = i;
    System.out.println(intermediateResult);
}

哪个更好， a或b ？

我怀疑重复的变量声明（例如b ）理论上会产生更多的开销，但编译器足够聪明，所以这无关紧要。 示例b的优点是更紧凑，并将变量的范围限制在使用它的地方。 尽管如此，我还是倾向于根据示例a进行编码。

编辑：我对 Java 案例特别感兴趣。

Answer 1

a或b哪个更好？

从性能的角度来看，您必须对其进行衡量。 （在我看来，如果您可以衡量差异，则编译器不是很好）。

从维护的角度来看， b更好。 在尽可能最窄的范围内，在同一个地方声明和初始化变量。 不要在声明和初始化之间留下空白，也不要污染不需要的命名空间。

Answer 2

好吧，我分别运行了你的 A 和 B 示例 20 次，循环了 1 亿次。（JVM - 1.5.0）

A：平均执行时间：0.074 秒

B：平均执行时间：0.067 秒

令我惊讶的是，B 的速度稍快一些。 与计算机一样快，现在很难说您是否可以准确地测量这一点。 我也会以 A 方式对其进行编码，但我会说这并不重要。

Answer 3

这取决于语言和确切用途。 例如，在 C# 1 中它没有区别。 在 C# 2 中，如果局部变量被匿名方法（或 C# 3 中的 lambda 表达式）捕获，它会产生非常显着的差异。

例子：

using System;
using System.Collections.Generic;

class Test
{
    static void Main()
    {
        List<Action> actions = new List<Action>();

        int outer;
        for (int i=0; i < 10; i++)
        {
            outer = i;
            int inner = i;
            actions.Add(() => Console.WriteLine("Inner={0}, Outer={1}", inner, outer));
        }

        foreach (Action action in actions)
        {
            action();
        }
    }
}

输出：

Inner=0, Outer=9
Inner=1, Outer=9
Inner=2, Outer=9
Inner=3, Outer=9
Inner=4, Outer=9
Inner=5, Outer=9
Inner=6, Outer=9
Inner=7, Outer=9
Inner=8, Outer=9
Inner=9, Outer=9

不同之处在于所有动作都捕获相同的outer变量，但每个动作都有自己独立的inner变量。

Answer 4

以下是我在 .NET 中编写和编译的内容。

double r0;
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
    r0 = i*i;
    Console.WriteLine(r0);
}

for (int j = 0; j < 1000; j++) {
    double r1 = j*j;
    Console.WriteLine(r1);
}

这是我从.NET Reflector得到的，当CIL呈现回代码时。

for (int i = 0; i < 0x3e8; i++)
{
    double r0 = i * i;
    Console.WriteLine(r0);
}
for (int j = 0; j < 0x3e8; j++)
{
    double r1 = j * j;
    Console.WriteLine(r1);
}

所以两者在编译后看起来完全一样。 在托管语言中，代码被转换为 CL/字节码，并在执行时转换为机器语言。 因此，在机器语言中，甚至可能不会在堆栈上创建双精度值。 它可能只是一个寄存器，因为代码反映它是WriteLine函数的临时变量。 对于循环，有一整套优化规则。 所以一般人不应该担心它，尤其是在托管语言中。 在某些情况下，您可以优化管理代码，例如，如果您必须仅使用string a; a+=anotherstring[i]连接大量string a; a+=anotherstring[i] string a; a+=anotherstring[i]与使用StringBuilder 。 两者在性能上有很大差异。 有很多这样的情况，编译器无法优化您的代码，因为它无法弄清楚更大范围内的意图。 但它几乎可以为您优化基本的东西。

Answer 5

这是 VB.NET 中的一个问题。 Visual Basic 结果不会重新初始化此示例中的变量：

For i as Integer = 1 to 100
    Dim j as Integer
    Console.WriteLine(j)
    j = i
Next

' Output: 0 1 2 3 4...

这将第一次打印 0（Visual Basic 变量在声明时具有默认值！）但之后每次都打印i 。

但是，如果添加 a = 0 ，则会得到预期的结果：

For i as Integer = 1 to 100
    Dim j as Integer = 0
    Console.WriteLine(j)
    j = i
Next

'Output: 0 0 0 0 0...

Answer 6

我做了一个简单的测试：

int b;
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    b = i;
}

对比

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    int b = i;
}

我用 gcc - 5.2.0 编译了这些代码。 然后我反汇编了这两个代码的 main() ，这就是结果：

1º：

   0x00000000004004b6 <+0>:     push   rbp
   0x00000000004004b7 <+1>:     mov    rbp,rsp
   0x00000000004004ba <+4>:     mov    DWORD PTR [rbp-0x4],0x0
   0x00000000004004c1 <+11>:    jmp    0x4004cd <main+23>
   0x00000000004004c3 <+13>:    mov    eax,DWORD PTR [rbp-0x4]
   0x00000000004004c6 <+16>:    mov    DWORD PTR [rbp-0x8],eax
   0x00000000004004c9 <+19>:    add    DWORD PTR [rbp-0x4],0x1
   0x00000000004004cd <+23>:    cmp    DWORD PTR [rbp-0x4],0x9
   0x00000000004004d1 <+27>:    jle    0x4004c3 <main+13>
   0x00000000004004d3 <+29>:    mov    eax,0x0
   0x00000000004004d8 <+34>:    pop    rbp
   0x00000000004004d9 <+35>:    ret

对比

2º

   0x00000000004004b6 <+0>: push   rbp
   0x00000000004004b7 <+1>: mov    rbp,rsp
   0x00000000004004ba <+4>: mov    DWORD PTR [rbp-0x4],0x0
   0x00000000004004c1 <+11>:    jmp    0x4004cd <main+23>
   0x00000000004004c3 <+13>:    mov    eax,DWORD PTR [rbp-0x4]
   0x00000000004004c6 <+16>:    mov    DWORD PTR [rbp-0x8],eax
   0x00000000004004c9 <+19>:    add    DWORD PTR [rbp-0x4],0x1
   0x00000000004004cd <+23>:    cmp    DWORD PTR [rbp-0x4],0x9
   0x00000000004004d1 <+27>:    jle    0x4004c3 <main+13>
   0x00000000004004d3 <+29>:    mov    eax,0x0
   0x00000000004004d8 <+34>:    pop    rbp
   0x00000000004004d9 <+35>:    ret 

这与 asm 结果完全相同。 不是证明两个代码产生相同的东西吗？

Answer 7

它依赖于语言 - IIRC C# 对此进行了优化，因此没有任何区别，但是 JavaScript（例如）每次都会进行整个内存分配。

Answer 8

我会一直使用 A（而不是依赖编译器），也可能会重写为：

for(int i=0, double intermediateResult=0; i<1000; i++){
    intermediateResult = i;
    System.out.println(intermediateResult);
}

这仍然将intermediateResult限制在循环的范围内，但不会在每次迭代期间重新声明。

Answer 9

在我看来， b 是更好的结构。 在 a 中，intermediateResult 的最后一个值在循环完成后仍然存在。

编辑：这与值类型没有太大区别，但引用类型可能有些重要。 就个人而言，我喜欢尽快取消引用变量以进行清理，而 b 会为您做到这一点，

Answer 10

如果您在 lambda 等中使用变量，则 C# 中存在差异。但总的来说，编译器基本上会做同样的事情，假设变量仅在循环中使用。

鉴于它们基本相同：请注意，版本 b 使读者更清楚地知道变量不是也不能在循环后使用。 此外，版本 b 更容易重构。 在版本a中将循环体提取到自己的方法中比较困难。 此外，版本 b 向您保证这种重构没有副作用。

因此，版本 a 使我无休止地烦恼，因为它没有任何好处，而且它使推理代码变得更加困难......

Answer 11

我怀疑一些编译器可以将两者优化为相同的代码，但肯定不是全部。 所以我会说你最好选择前者。 后者的唯一原因是如果您想确保声明的变量仅在您的循环中使用。

Answer 12

作为一般规则，我在最内部的可能范围内声明我的变量。 因此，如果您不在循环之外使用中间结果，那么我会选择 B。

Answer 13

一位同事更喜欢第一种形式，告诉它​​是一种优化，更喜欢重用声明。

我更喜欢第二个（并试图说服我的同事！;-)），读到：

• 它将变量的范围缩小到需要的地方，这是一件好事。
• Java 进行了足够的优化，不会对性能产生显着影响。 IIRC，也许第二种形式更快。

无论如何，它属于依赖于编译器和/或 JVM 质量的过早优化类别。

Answer 14

好吧，你总是可以为它做一个范围：

{ //Or if(true) if the language doesn't support making scopes like this
    double intermediateResult;
    for (int i=0; i<1000; i++) {
        intermediateResult = i;
        System.out.println(intermediateResult);
    }
}

这样你只声明一次变量，当你离开循环时它就会死。

Answer 15

我一直认为，如果你在循环中声明变量，那么你就是在浪费内存。 如果你有这样的事情：

for(;;) {
  Object o = new Object();
}

那么不仅需要为每次迭代创建对象，而且需要为每个对象分配一个新的引用。 似乎如果垃圾收集器很慢，那么您将有一堆需要清理的悬空引用。

但是，如果你有这个：

Object o;
for(;;) {
  o = new Object();
}

然后，您每次只创建一个引用并为其分配一个新对象。 当然，它超出范围可能需要更长的时间，但是只有一个悬空引用需要处理。

Answer 16

我认为这取决于编译器，很难给出一般性的答案。

Answer 17

我的做法如下：

• 如果变量类型很简单（int、double、...），我更喜欢变体b （内部）。
  原因：减少变量的范围。

• 如果变量类型不简单（某种class或struct ），我更喜欢变体a （外部）。
  原因：减少 ctor-dtor 调用的数量。

Answer 18

我有同样的问题很长一段时间。 所以我测试了一段更简单的代码。

结论：对于这种情况，没有性能差异。

外循环案例

int intermediateResult;
for(int i=0; i < 1000; i++){
    intermediateResult = i+2;
    System.out.println(intermediateResult);
}

内循环案例

for(int i=0; i < 1000; i++){
    int intermediateResult = i+2;
    System.out.println(intermediateResult);
}

我在 IntelliJ 的反编译器上检查了编译文件，对于这两种情况，我都得到了相同的Test.class

for(int i = 0; i < 1000; ++i) {
    int intermediateResult = i + 2;
    System.out.println(intermediateResult);
}

我还使用此答案中给出的方法反汇编了这两种情况的代码。 我将只显示与答案相关的部分

外循环案例

Code:
  stack=2, locals=3, args_size=1
     0: iconst_0
     1: istore_2
     2: iload_2
     3: sipush        1000
     6: if_icmpge     26
     9: iload_2
    10: iconst_2
    11: iadd
    12: istore_1
    13: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
    16: iload_1
    17: invokevirtual #3                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
    20: iinc          2, 1
    23: goto          2
    26: return
LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
           13      13     1 intermediateResult   I
            2      24     2     i   I
            0      27     0  args   [Ljava/lang/String;

内循环案例

Code:
      stack=2, locals=3, args_size=1
         0: iconst_0
         1: istore_1
         2: iload_1
         3: sipush        1000
         6: if_icmpge     26
         9: iload_1
        10: iconst_2
        11: iadd
        12: istore_2
        13: getstatic     #2                  // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
        16: iload_2
        17: invokevirtual #3                  // Method java/io/PrintStream.println:(I)V
        20: iinc          1, 1
        23: goto          2
        26: return
      LocalVariableTable:
        Start  Length  Slot  Name   Signature
           13       7     2 intermediateResult   I
            2      24     1     i   I
            0      27     0  args   [Ljava/lang/String;

如果您密切注意，只有在LocalVariableTable分配给i和intermediateResult的Slot被交换为它们出现顺序的乘积。 同样的槽位差异体现在其他代码行上。

• 没有执行额外的操作
• 两种情况下intermediateResult仍然是局部变量，因此访问时间没有区别。

奖金

编译器做了大量的优化，看看在这种情况下会发生什么。

零工况

for(int i=0; i < 1000; i++){
    int intermediateResult = i;
    System.out.println(intermediateResult);
}

零工作反编译

for(int i = 0; i < 1000; ++i) {
    System.out.println(i);
}

Answer 19

从性能的角度来看，外部（好多）更好。

public static void outside() {
    double intermediateResult;
    for(int i=0; i < Integer.MAX_VALUE; i++){
        intermediateResult = i;
    }
}

public static void inside() {
    for(int i=0; i < Integer.MAX_VALUE; i++){
        double intermediateResult = i;
    }
}

我分别执行了这两个函数 10 亿次。 external() 花费了 65 毫秒。 inside() 花了 1.5 秒。

Answer 20

如果有人感兴趣，我用 Node 4.0.0 测试了 JS。 在循环外声明导致平均超过 1000 次试验（每次试验 1 亿次循环迭代）的性能提高约 0.5 毫秒。 所以我要说继续以最易读/可维护的方式编写它，即 B，imo。 我会把我的代码放在一个小提琴中，但我使用了性能现在的 Node 模块。 这是代码：

var now = require("../node_modules/performance-now")

// declare vars inside loop
function varInside(){
    for(var i = 0; i < 100000000; i++){
        var temp = i;
        var temp2 = i + 1;
        var temp3 = i + 2;
    }
}

// declare vars outside loop
function varOutside(){
    var temp;
    var temp2;
    var temp3;
    for(var i = 0; i < 100000000; i++){
        temp = i
        temp2 = i + 1
        temp3 = i + 2
    }
}

// for computing average execution times
var insideAvg = 0;
var outsideAvg = 0;

// run varInside a million times and average execution times
for(var i = 0; i < 1000; i++){
    var start = now()
    varInside()
    var end = now()
    insideAvg = (insideAvg + (end-start)) / 2
}

// run varOutside a million times and average execution times
for(var i = 0; i < 1000; i++){
    var start = now()
    varOutside()
    var end = now()
    outsideAvg = (outsideAvg + (end-start)) / 2
}

console.log('declared inside loop', insideAvg)
console.log('declared outside loop', outsideAvg)

Answer 21

A) 比 B 是一个安全的赌注).........想象一下，如果你在循环中初始化结构而不是 'int' 或 'float' 那么什么？

喜欢

typedef struct loop_example{

JXTZ hi; // where JXTZ could be another type...say closed source lib 
         // you include in Makefile

}loop_example_struct;

//then....

int j = 0; // declare here or face c99 error if in loop - depends on compiler setting

for ( ;j++; )
{
   loop_example loop_object; // guess the result in memory heap?
}

你肯定会面临内存泄漏的问题！。 因此，我相信“A”更安全，而“B”容易受到内存积累的影响，尤其是在关闭源代码库时。您可以检查使用 Linux 上的“Valgrind”工具，特别是子工具“Helgrind”。

Answer 22

这是一个有趣的问题。 根据我的经验，当您为代码争论这个问题时，需要考虑一个终极问题：

有什么理由为什么变量需要是全局的？

全局只声明一次变量而不是在本地多次声明是有意义的，因为它更适合组织代码并且需要更少的代码行。 但是，如果它只需要在一个方法中本地声明，我会在该方法中初始化它，因此很明显该变量与该方法完全相关。 如果您选择后一个选项，请注意不要在初始化它的方法之外调用此变量——您的代码将不知道您在说什么并且会报告错误。

另外，作为旁注，不要在不同方法之间重复局部变量名称，即使它们的目的几乎相同； 它只会让人困惑。

Answer 23

这是更好的形式

double intermediateResult;
int i = byte.MinValue;

for(; i < 1000; i++)
{
intermediateResult = i;
System.out.println(intermediateResult);
}

1）以这种方式声明一次时间既变量，又不是每个for循环。 2）分配它比所有其他选项更胖。 3) 所以最佳实践规则是迭代之外的任何声明。

Answer 24

在 Go 中尝试了同样的事情，并使用go tool compile -S和 go 1.9.4 比较了编译器输出

零差异，根据汇编器输出。

Answer 25

当我想在退出循环后查看变量的内容时，我使用 (A)。 它只对调试很重要。 当我希望代码更紧凑时，我使用 (B)，因为它节省了一行代码。

Answer 26

即使我知道我的编译器足够聪明，我也不喜欢依赖它，而是使用 a) 变体。

只有当您迫切需要在循环体之后使中间结果不可用时，b) 变体才对我有意义。 但无论如何，我无法想象这种绝望的情况......

编辑： Jon Skeet提出了一个很好的观点，表明循环内的变量声明可以产生实际的语义差异。