C＃编译器或JIT可以优化lambda表达式中的方法调用吗？

Question

我在另一个StackOverflow问题开始（ 在评论中 ）的讨论后开始这个问题，我很想知道答案。 考虑以下表达式：

var objects = RequestObjects.Where(r => r.RequestDate > ListOfDates.Max());

在这种情况下，将ListOfDates.Max()的评估移出Where子句会有任何（性能）​​优势，还是1.编译器或2. JIT优化它？

我相信C＃只会在编译时进行常量折叠，并且可以认为ListOfDates.Max（）在编译时是不可知的，除非ListOfDates本身在某种程度上是常量。

也许还有另一个编译器（或JIT）优化，确保只评估一次？

Answer 1

嗯，这是一个复杂的答案。

这里涉及两件事。 （1）编译器和（2）JIT。

编译器

简而言之，编译器只是将您的C＃代码转换为IL代码。 对于大多数情况来说，这是一个非常简单的翻译，.NET的核心思想之一是每个函数都被编译为IL代码的自治块。

所以，不要期望C＃ - > IL编译器过多。

JIT

那......有点复杂。

JIT编译器基本上将您的IL代码转换为汇编程序。 JIT编译器还包含基于SSA的优化器。 但是，有一个时间限制，因为我们不希望在代码开始运行之前等待太久。 基本上这意味着JIT编译器不会做所有超级酷的东西，这将使你的代码变得非常快，仅仅因为这会花费太多时间。

我们当然可以对它进行测试:)确保VS在运行时进行优化（选项 - >调试器 - >取消选中抑制[...]和我的代码），在x64发布模式下编译，设置断点并查看切换到汇编程序视图时会发生什么。

但是，嘿，只有理论才有趣; 让我们来测试吧。 :)

static bool Foo(Func<int, int, int> foo, int a, int b)
{
    return foo(a, b) > 0;  // put breakpoint on this line.
}

public static void Test()
{
    int n = 2;
    int m = 2;
    if (Foo((a, b) => a + b, n, m)) 
    {
        Console.WriteLine("yeah");
    }
}

你应该注意的第一件事是断点被击中。 这已经告诉该方法没有内联; 如果是的话，你根本就不会遇到断点。

接下来，如果您观察汇编程序输出，您会注意到使用地址的“调用”指令。 这是你的功能。 仔细观察，你会注意到它正在呼叫代表。

现在，基本上这意味着调用没有内联，因此没有进行优化以匹配本地（方法）上下文。 换句话说，不使用委托并在您的方法中放置东西可能比使用委托更快。

在另一方面，呼叫是非常有效的。 基本上，函数指针只是传递和调用。 没有vtable查找，只是一个简单的调用。 这意味着它可能胜过呼叫成员（例如IL callvirt ）。 静态调用（IL call ）应该更快，因为这些是可预测的编译时间。 我们再来试试吧？

public static void Test()
{
    ISummer summer = new Summer();
    Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
    int n = 0;
    for (int i = 0; i < 1000000000; ++i)
    {
        n = summer.Sum(n, i);
    }
    Console.WriteLine("Vtable call took {0} ms, result = {1}", sw.ElapsedMilliseconds, n);

    Summer summer2 = new Summer();
    sw = Stopwatch.StartNew();
    n = 0;
    for (int i = 0; i < 1000000000; ++i)
    {
        n = summer.Sum(n, i);
    }
    Console.WriteLine("Non-vtable call took {0} ms, result = {1}", sw.ElapsedMilliseconds, n);

    Func<int, int, int> sumdel = (a, b) => a + b;
    sw = Stopwatch.StartNew();
    n = 0;
    for (int i = 0; i < 1000000000; ++i)
    {
        n = sumdel(n, i);
    }
    Console.WriteLine("Delegate call took {0} ms, result = {1}", sw.ElapsedMilliseconds, n);

    sw = Stopwatch.StartNew();
    n = 0;
    for (int i = 0; i < 1000000000; ++i)
    {
        n = Sum(n, i);
    }
    Console.WriteLine("Static call took {0} ms, result = {1}", sw.ElapsedMilliseconds, n);
}

结果：

Vtable call took 2714 ms, result = -1243309312
Non-vtable call took 2558 ms, result = -1243309312
Delegate call took 1904 ms, result = -1243309312
Static call took 324 ms, result = -1243309312

这里有趣的事实上是最新的测试结果。 请记住，静态调用（IL call ）是完全确定的。 这意味着优化编译器是一件相对简单的事情。 如果检查汇编器输出，您会发现对Sum的调用实际上是内联的。 这是有道理的。 实际上，如果你要测试它，只需将代码放在方法中就像静态调用一样快。

关于Equals的一个小评论

如果你测量哈希表的性能，我的解释似乎有点可疑。 看起来如果IEquatable<T>让事情变得更快。

嗯，这确实是真的。 :-)哈希容器使用IEquatable<T>来调用Equals 。 现在，众所周知，对象都实现了Equals(object o) 。 因此，容器可以调用Equals(object)或Equals(T) 。 呼叫本身的性能是一样的。

但是，如果您还实现IEquatable<T> ，则实现通常如下所示：

bool Equals(object o)
{
    var obj = o as MyType;
    return obj != null && this.Equals(obj);
}

此外，如果MyType是结构，则运行时还需要应用装箱和拆箱。 如果它只是调用IEquatable<T> ，则不需要这些步骤。 因此，即使看起来较慢，这与呼叫本身无关。

你的问题

在这种情况下，将ListOfDates.Max（）的评估移出Where子句会有任何（性能）​​优势，还是1.编译器或2. JIT优化它？

是的，会有一个优势。 编译器/ JIT不会优化它。

我相信C＃只会在编译时进行常量折叠，并且可以认为ListOfDates.Max（）在编译时是不可知的，除非ListOfDates本身在某种程度上是常量。

实际上，如果将静态调用更改为n = 2 + Sum(n, 2)您会注意到汇编程序输出将包含4 。 这证明了JIT优化器确实可以进行常量折叠。 （实际上，如果您了解SSA优化器的工作方式，那么很明显...... const折叠和简化被称为几次）。

函数指针本身未优化。 但它可能在未来。

也许还有另一个编译器（或JIT）优化，确保只评估一次？

至于“另一个编译器”，如果你愿意添加“另一种语言”，你可以使用C ++。 在C ++中，这些类型的调用有时会被优化掉。

更有趣的是，Clang基于LLVM，并且还有一些用于LLVM的C＃编译器。 我相信Mono可以选择优化LLVM，CoreCLR正在研究LLILC。 虽然我没有对此进行测试，但LLVM绝对可以进行这些优化。