生成质数序列，Loop Break vs LINQ TakeWhile

Question

我尝试用 C# 生成素数序列。到目前为止，代码似乎运行良好。

List<int> _primes = new List<int>();

bool IsPrime(int num)
{
    if (num < 2)
        return false;
    int chkEnd = (int)Math.Sqrt(num);

    foreach (var p in _primes)
    {
        if (p > chkEnd)
            break;
        if (num % p == 0)
            return false;
    }
    return true;
}

for (int i=2; i<1000000; i++)
{
    if (IsPrime(i))
        _primes.Add(i);
}

然后我把IsPrime()改成LINQ TakeWhile()，我觉得这两个方法的时间复杂度是一样的，但是执行时间明显比前者长。

bool IsPrime(int num)
{
    if (num < 2)
        return false;
    int chkEnd = (int)Math.Sqrt(num);

    foreach (var p in _primes.TakeWhile(x => x <= chkEnd))
    {
        if (num % p == 0)
            return false;
    }
    return true;
}

要么

bool IsPrime(int num)
{
    if (num < 2)
        return false;
    int chkEnd = (int)Math.Sqrt(num);

    return _primes.TakeWhile(x => x <= chkEnd).All(p => num % p != 0);
}

有谁知道吗？

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编辑：我将循环迭代增加到 5000000，在 consoleApplication 中运行代码，执行时间为 output

00:00:01.1841593 -- IsPrime_PureLoopBreak

00:00:03.2560654 -- IsPrime_TakeWhileAndLoop

00:00:03.4178782 -- IsPrime_TakeWhileAndAll

    static void Main(string[] args)
    {
        List<int> _primes;

        bool IsPrime_PureLoopBreak(int num)
        {
            if (num < 2)
                return false;
            int chkEnd = (int)Math.Sqrt(num);

            foreach (var p in _primes)
            {
                if (p > chkEnd)
                    break;
                if (num % p == 0)
                    return false;
            }
            return true;
        }

        bool IsPrime_TakeWhileAndLoop(int num)
        {
            if (num < 2)
                return false;
            int chkEnd = (int)Math.Sqrt(num);

            foreach (var p in _primes.TakeWhile(x => x <= chkEnd))
            {
                if (num % p == 0)
                    return false;
            }
            return true;
        }

        bool IsPrime_TakeWhileAndAll(int num)
        {
            if (num < 2)
                return false;
            int chkEnd = (int)Math.Sqrt(num);

            return _primes.TakeWhile(x => x <= chkEnd).All(p => num % p != 0);
        }

        var t1 = Measure(() => 
        {
            _primes = new List<int>();
            for (int i = 2; i < 5000000; i++)
            {
                if (IsPrime_PureLoopBreak(i))
                    _primes.Add(i);
            }
        });
        Console.WriteLine($"{t1} -- IsPrime_PureLoopBreak");

        var t2 = Measure(() =>
        {
            _primes = new List<int>();
            for (int i = 2; i < 5000000; i++)
            {
                if (IsPrime_TakeWhileAndLoop(i))
                    _primes.Add(i);
            }
        });
        Console.WriteLine($"{t2} -- IsPrime_TakeWhileAndLoop");

        var t3 = Measure(() =>
        {
            _primes = new List<int>();
            for (int i = 2; i < 5000000; i++)
            {
                if (IsPrime_TakeWhileAndAll(i))
                    _primes.Add(i);
            }
        });
        Console.WriteLine($"{t3} -- IsPrime_TakeWhileAndAll");

        Console.ReadLine();
    }

    public static TimeSpan Measure(Action action)
    {
        var stopwatch = new Stopwatch();
        stopwatch.Start();
        action?.Invoke();
        stopwatch.Stop();
        return stopwatch.Elapsed;
    }

Answer 1

考虑编译器需要生成的代码。 像 Linq 这样的“高级”代码简单易写，但编译器通常更难优化。

您之前的示例可以进一步简化为使用普通的 for 循环而不是 foreach。 所以每次迭代应该只需要少数指令。

使用 linq 时，编译器将为迭代器生成代理 object。 这将需要调用您的 lambda 以检查它是否需要继续迭代，并且编译器可能无法内联方法调用。 方法调用很便宜，但仍然比简单的算术指令贵几倍。

因此，根据经验，使用 Linq 和其他高级模式来提高可读性。 如果您发现代码的某些部分没有达到性能目标，请使用分析器来准确确定哪个部分需要时间，然后重写该部分直到它足够快或者您已使其尽可能快。

Answer 2

使用 LINQ 有一些额外的开销。 您正在创建和调用 lambda 个表达式。

但是，请确保在得出结论之前尝试发布版本。