在.NET中将int的数字分成数组的最快方法？

Question

我想将一个整数的数字（比如12345）分成一个字节数组{1,2,3,4,5}，但我想要最有效的方法来做到这一点，因为我的程序做了数百万次。

有什么建议？ 谢谢。

Answer 1

怎么样：

public static int[] ConvertToArrayOfDigits(int value)
{
    int size = DetermineDigitCount(value);
    int[] digits = new int[size];
    for (int index = size - 1; index >= 0; index--)
    {
        digits[index] = value % 10;
        value = value / 10;
    }
    return digits;
}

private static int DetermineDigitCount(int x)
{
    // This bit could be optimised with a binary search
    return x < 10 ? 1
         : x < 100 ? 2
         : x < 1000 ? 3
         : x < 10000 ? 4
         : x < 100000 ? 5
         : x < 1000000 ? 6
         : x < 10000000 ? 7
         : x < 100000000 ? 8
         : x < 1000000000 ? 9
         : 10;
}

请注意，这不会应对负数...你需要它吗？

编辑：这是一个版本，它按照Eric的建议记住10000以下的结果。 如果您绝对可以保证不会更改返回数组的内容，则可以删除Clone调用。 它还有一个方便的属性，减少检查的数量，以确定“大”数字的长度 - 而小数字只会通过该代码一次:)

private static readonly int[][] memoizedResults = new int[10000][];

public static int[] ConvertToArrayOfDigits(int value)
{
    if (value < 10000)
    {
        int[] memoized = memoizedResults[value];
        if (memoized == null) {
            memoized = ConvertSmall(value);
            memoizedResults[value] = memoized;
        }
        return (int[]) memoized.Clone();
    }
    // We know that value >= 10000
    int size = value < 100000 ? 5
         : value < 1000000 ? 6
         : value < 10000000 ? 7
         : value < 100000000 ? 8
         : value < 1000000000 ? 9
         : 10;

    return ConvertWithSize(value, size);
}

private static int[] ConvertSmall(int value)
{
    // We know that value < 10000
    int size = value < 10 ? 1
             : value < 100 ? 2
             : value < 1000 ? 3 : 4;
    return ConvertWithSize(value, size);
}

private static int[] ConvertWithSize(int value, int size)
{
    int[] digits = new int[size];
    for (int index = size - 1; index >= 0; index--)
    {
        digits[index] = value % 10;
        value = value / 10;
    }
    return digits;
}

请注意，此刻不会尝试保持线程安全。 您可能需要添加内存屏障，以确保在单个结果中的写入可见之前，对已记忆结果的写入不可见。 除非我绝对必须这样做，否则我已经放弃了尝试推理这些事情。 我确信你可以通过努力使其无锁，但如果你真的需要，你应该真的让某人非常聪明 。

编辑：我刚刚意识到“大”案例可以利用“小”案例 - 将大数字分成两个小的并使用记忆结果。 我会在晚餐后给你一个去，写一个基准......

编辑：好的，准备好了大量的代码？ 我意识到，至少对于均匀随机数，你会比小数字更频繁地获得“大”数字 - 所以你需要优化它。 当然，对于真实数据可能不是这样，但无论如何......这意味着我现在以相反的顺序进行尺寸测试，希望首先是大数字。

我有原始代码的基准，简单的memoization，然后是极度展开的代码。

结果（以毫秒为单位）：

Simple: 3168
SimpleMemo: 3061
UnrolledMemo: 1204

码：

using System;
using System.Diagnostics;

class DigitSplitting
{
    static void Main()        
    {
        Test(Simple);
        Test(SimpleMemo);
        Test(UnrolledMemo);
    }

    const int Iterations = 10000000;

    static void Test(Func<int, int[]> candidate)
    {
        Random rng = new Random(0);
        Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
        for (int i = 0; i < Iterations; i++)
        {
            candidate(rng.Next());
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("{0}: {1}",
            candidate.Method.Name, (int) sw.ElapsedMilliseconds);            
    }

    #region Simple
    static int[] Simple(int value)
    {
        int size = DetermineDigitCount(value);
        int[] digits = new int[size];
        for (int index = size - 1; index >= 0; index--)
        {
            digits[index] = value % 10;
            value = value / 10;
        }
        return digits;
    }

    private static int DetermineDigitCount(int x)
    {
        // This bit could be optimised with a binary search
        return x < 10 ? 1
             : x < 100 ? 2
             : x < 1000 ? 3
             : x < 10000 ? 4
             : x < 100000 ? 5
             : x < 1000000 ? 6
             : x < 10000000 ? 7
             : x < 100000000 ? 8
             : x < 1000000000 ? 9
             : 10;
    }
    #endregion Simple    

    #region SimpleMemo
    private static readonly int[][] memoizedResults = new int[10000][];

    public static int[] SimpleMemo(int value)
    {
        if (value < 10000)
        {
            int[] memoized = memoizedResults[value];
            if (memoized == null) {
                memoized = ConvertSmall(value);
                memoizedResults[value] = memoized;
            }
            return (int[]) memoized.Clone();
        }
        // We know that value >= 10000
        int size = value >= 1000000000 ? 10
                 : value >= 100000000 ? 9
                 : value >= 10000000 ? 8
                 : value >= 1000000 ? 7
                 : value >= 100000 ? 6
                 : 5;

        return ConvertWithSize(value, size);
    }

    private static int[] ConvertSmall(int value)
    {
        // We know that value < 10000
        return value >= 1000 ? new[] { value / 1000, (value / 100) % 10,
                                           (value / 10) % 10, value % 10 }
              : value >= 100 ? new[] { value / 100, (value / 10) % 10, 
                                         value % 10 }
              : value >= 10 ? new[] { value / 10, value % 10 }
              : new int[] { value };
    }

    private static int[] ConvertWithSize(int value, int size)
    {
        int[] digits = new int[size];
        for (int index = size - 1; index >= 0; index--)
        {
            digits[index] = value % 10;
            value = value / 10;
        }
        return digits;
    }
    #endregion

    #region UnrolledMemo
    private static readonly int[][] memoizedResults2 = new int[10000][];
    private static readonly int[][] memoizedResults3 = new int[10000][];
    static int[] UnrolledMemo(int value)
    {
        if (value < 10000)
        {
            return (int[]) UnclonedConvertSmall(value).Clone();
        }
        if (value >= 1000000000)
        {
            int[] ret = new int[10];
            int firstChunk = value / 100000000;
            ret[0] = firstChunk / 10;
            ret[1] = firstChunk % 10;
            value -= firstChunk * 100000000;
            int[] secondChunk = ConvertSize4(value / 10000);
            int[] thirdChunk = ConvertSize4(value % 10000);
            ret[2] = secondChunk[0];
            ret[3] = secondChunk[1];
            ret[4] = secondChunk[2];
            ret[5] = secondChunk[3];
            ret[6] = thirdChunk[0];
            ret[7] = thirdChunk[1];
            ret[8] = thirdChunk[2];
            ret[9] = thirdChunk[3];
            return ret;
        } 
        else if (value >= 100000000)
        {
            int[] ret = new int[9];
            int firstChunk = value / 100000000;
            ret[0] = firstChunk;
            value -= firstChunk * 100000000;
            int[] secondChunk = ConvertSize4(value / 10000);
            int[] thirdChunk = ConvertSize4(value % 10000);
            ret[1] = secondChunk[0];
            ret[2] = secondChunk[1];
            ret[3] = secondChunk[2];
            ret[4] = secondChunk[3];
            ret[5] = thirdChunk[0];
            ret[6] = thirdChunk[1];
            ret[7] = thirdChunk[2];
            ret[8] = thirdChunk[3];
            return ret;
        }
        else if (value >= 10000000)
        {
            int[] ret = new int[8];
            int[] firstChunk = ConvertSize4(value / 10000);
            int[] secondChunk = ConvertSize4(value % 10000);
            ret[0] = firstChunk[0];
            ret[1] = firstChunk[0];
            ret[2] = firstChunk[0];
            ret[3] = firstChunk[0];
            ret[4] = secondChunk[0];
            ret[5] = secondChunk[1];
            ret[6] = secondChunk[2];
            ret[7] = secondChunk[3];
            return ret;
        }
        else if (value >= 1000000)
        {
            int[] ret = new int[7];
            int[] firstChunk = ConvertSize4(value / 10000);
            int[] secondChunk = ConvertSize4(value % 10000);
            ret[0] = firstChunk[1];
            ret[1] = firstChunk[2];
            ret[2] = firstChunk[3];
            ret[3] = secondChunk[0];
            ret[4] = secondChunk[1];
            ret[5] = secondChunk[2];
            ret[6] = secondChunk[3];
            return ret;
        }
        else if (value >= 100000)
        {
            int[] ret = new int[6];
            int[] firstChunk = ConvertSize4(value / 10000);
            int[] secondChunk = ConvertSize4(value % 10000);
            ret[0] = firstChunk[2];
            ret[1] = firstChunk[3];
            ret[2] = secondChunk[0];
            ret[3] = secondChunk[1];
            ret[4] = secondChunk[2];
            ret[5] = secondChunk[3];
            return ret;
        }
        else
        {
            int[] ret = new int[5];
            int[] chunk = ConvertSize4(value % 10000);
            ret[0] = value / 10000;
            ret[1] = chunk[0];
            ret[2] = chunk[1];
            ret[3] = chunk[2];
            ret[4] = chunk[3];
            return ret;
        }
    }

    private static int[] UnclonedConvertSmall(int value)
    {
        int[] ret = memoizedResults2[value];
        if (ret == null)
        {
            ret = value >= 1000 ? new[] { value / 1000, (value / 100) % 10,
                                           (value / 10) % 10, value % 10 }
              : value >= 100 ? new[] { value / 100, (value / 10) % 10, 
                                         value % 10 }
              : value >= 10 ? new[] { value / 10, value % 10 }
              : new int[] { value };
            memoizedResults2[value] = ret;
        }
        return ret;
    }

    private static int[] ConvertSize4(int value)
    {
        int[] ret = memoizedResults3[value];
        if (ret == null)
        {
            ret = new[] { value / 1000, (value / 100) % 10,
                         (value / 10) % 10, value % 10 };
            memoizedResults3[value] = ret;
        }
        return ret;
    }
    #endregion UnrolledMemo
}

Answer 2

1 + Math.Log10（num）将给出没有任何搜索/循环的位数：

public static byte[] Digits(int num)
{
    int nDigits = 1 + Convert.ToInt32(Math.Floor(Math.Log10(num)));
    byte[] digits = new byte[nDigits];
    int index = nDigits - 1;
    while (num > 0) {
        byte digit = (byte) (num % 10);
        digits[index] = digit;
        num = num / 10;
        index = index - 1;
    }
    return digits;
}

编辑：可能更漂亮：

public static byte[] Digits(int num)
{
    int nDigits = 1 + Convert.ToInt32(Math.Floor(Math.Log10(num)));
    byte[] digits = new byte[nDigits];

    for(int i = nDigits - 1; i != 0; i--)
    {
        digits[i] = (byte)(num % 10);
        num = num / 10;
    }
    return digits;
} 

Answer 3

数百万次并不是那么多。

// input: int num >= 0
List<byte> digits = new List<byte>();
while (num > 0)
{
   byte digit = (byte) (num % 10);
   digits.Insert(0, digit);  // Insert to preserve order
   num = num / 10;
}

// if you really want it as an array
byte[] bytedata = digits.ToArray();

请注意，如果将字节更改为sbyte并测试num != 0 ，则可以更改此值以应对负数。

Answer 4

将整数转换为字符串，然后使用String.Chars []

Answer 5

'威尔'vs'有'吗？ 在编写，分析后，我非常喜欢优化代码，并且它已经被确定为瓶颈。

Answer 6

一个小循环也许正在展开？

int num = 147483647;
int nDigits = 1 + Convert.ToInt32(Math.Floor(Math.Log10(num)));
byte[] array = new byte[10] {
            (byte)(num / 1000000000 % 10),
            (byte)(num / 100000000 % 10),
            (byte)(num / 10000000 % 10),
            (byte)(num / 1000000 % 10),
            (byte)(num / 100000 % 10),
            (byte)(num / 10000 % 10),
            (byte)(num / 1000 % 10),
            (byte)(num / 100 % 10),
            (byte)(num / 10 % 10),
            (byte)(num % 10)};
byte[] digits;// = new byte[nDigits];
digits = array.Skip(array.Length-nDigits).ToArray();

感谢上面的Log10东西..;）

有一些关于基准测试的讨论......

我完全展开了循环，并与Jons接受的备忘录变体进行了比较，我得到了更快的时间： -

    static int[] ConvertToArrayOfDigits_unrolled(int num)
    {
        if (num < 10)
        {
            return new int[1] 
            {
                (num % 10) 
            };
        }
        else if (num < 100)
        {
            return new int[2] 
            {
                (num / 10 % 10),
                (num % 10)
            };
        }
        else if (num < 1000)
        {
            return new int[3] {
            (num / 100 % 10),
            (num / 10 % 10),
            (num % 10)};
        }
        else if (num < 10000)
        {
            return new int[4] {
            (num / 1000 % 10),
            (num / 100 % 10),
            (num / 10 % 10),
            (num % 10)};
        }
        else if (num < 100000)
        {
            return new int[5] {
            (num / 10000 % 10),
            (num / 1000 % 10),
            (num / 100 % 10),
            (num / 10 % 10),
            (num % 10)};
        }
        else if (num < 1000000)
        {
            return new int[6] {
            (num / 100000 % 10),
            (num / 10000 % 10),
            (num / 1000 % 10),
            (num / 100 % 10),
            (num / 10 % 10),
            (num % 10)};
        }
        else if (num < 10000000)
        {
            return new int[7] {
            (num / 1000000 % 10),
            (num / 100000 % 10),
            (num / 10000 % 10),
            (num / 1000 % 10),
            (num / 100 % 10),
            (num / 10 % 10),
            (num % 10)};
        }
        else if (num < 100000000)
        {
            return new int[8] {
            (num / 10000000 % 10),
            (num / 1000000 % 10),
            (num / 100000 % 10),
            (num / 10000 % 10),
            (num / 1000 % 10),
            (num / 100 % 10),
            (num / 10 % 10),
            (num % 10)};
        }
        else if (num < 1000000000)
        {
            return new int[9] {
            (num / 100000000 % 10),
            (num / 10000000 % 10),
            (num / 1000000 % 10),
            (num / 100000 % 10),
            (num / 10000 % 10),
            (num / 1000 % 10),
            (num / 100 % 10),
            (num / 10 % 10),
            (num % 10)};
        }
        else
        {
            return new int[10] {
            (num / 1000000000 % 10),
            (num / 100000000 % 10),
            (num / 10000000 % 10),
            (num / 1000000 % 10),
            (num / 100000 % 10),
            (num / 10000 % 10),
            (num / 1000 % 10),
            (num / 100 % 10),
            (num / 10 % 10),
            (num % 10)};
        }
    }

可能是我搞砸了某个地方 - 我没有太多时间玩乐和游戏，但我的时机速度提高了20％。

Answer 7

只是为了好玩，这里是一种使用一个C＃语句分隔所有数字的方法。 它的工作方式如下：正则表达式使用数字的字符串版本，将其数字拆分为字符串数组，最后外部ConvertAll方法从字符串数组创建一个int数组。

    int num = 1234567890;

    int [] arrDigits = Array.ConvertAll<string, int>(
        System.Text.RegularExpressions.Regex.Split(num.ToString(), @"(?!^)(?!$)"),
        str => int.Parse(str)
        );

    // resulting array is [1,2,3,4,5,6,7,8,9,0]

效率方面？...我不确定与我在这里看到的其他一些快速答案相比。 有人必须测试它。

Answer 8

如果你可以使用前导零，那就容易多了。

    void Test()
    { 
        // Note: 10 is the maximum number of digits.
        int[] xs = new int[10];
        System.Random r = new System.Random();
        for (int i=0; i < 10000000; ++i)
            Convert(xs, r.Next(int.MaxValue));
    }

    // Notice, I don't allocate and return an array each time.
    public void Convert(int[] digits, int val)
    {
        for (int i = 0; i < 10; ++i)
        {
            digits[10 - i - 1] = val % 10;
            val /= 10;
        }
    }

编辑：这是一个更快的版本。 在我的计算机上，它的测试速度比Jon Skeet的两个算法快，除了他的memoized版本：

static void Convert(int[] digits, int val)
{
  digits[9] = val % 10; val /= 10;
  digits[8] = val % 10; val /= 10;
  digits[7] = val % 10; val /= 10;
  digits[6] = val % 10; val /= 10;
  digits[5] = val % 10; val /= 10;
  digits[4] = val % 10; val /= 10;
  digits[3] = val % 10; val /= 10;
  digits[2] = val % 10; val /= 10;
  digits[1] = val % 10; val /= 10;
  digits[0] = val % 10; val /= 10;     
} 

Answer 9

除法和mod往往是缓慢的操作。 我想知道使用乘法和减法的解决方案是否会更快并且似乎（在我的计算机上）：

    public static void ConvertToArrayOfDigits2(int value, int[] digits)
    {
        double v = value;
        double vby10 = v * .1;

        for (int index = digits.Length - 1; index >= 0; index--)
        {
            int ivby10 = (int)vby10;
            digits[index] = (int)(v)- ivby10* 10;
            v = ivby10;
            vby10 = ivby10 * .1;
        }       
    }

我传入一个数组，而不是每次都分配它来取出内存分配器和长度。 如果数组长于数字，则此版本将生成前导零。 与类似转换后的Jon的例子相比：

    public static void ConvertToArrayOfDigits(int value, int[] digits){

        for (int index = digits.Length - 1; index >= 0; index--)    { 
            digits[index] = value % 10;    
            value = value / 10;  
        }   
    }

no divide / mod版本花费了大约50倍的时间来生成给定数量的所有数组。 我也尝试使用浮动，它只慢了约5-10％（双版本比浮动版本更快）。

只是因为它困扰我，这是一个展开版本，再次稍微快一点：

        public static void ConvertToArrayOfDigits3(int value, int[] digits)
    {
        double v = value;
        double vby10 = v * .1;
        int ivby10;

        switch(digits.Length -1){
            default:
                throw new ArgumentOutOfRangeException();
            case 10:
                ivby10 = (int)vby10;
                digits[10] = (int)(v) - ivby10 * 10;
                v = ivby10;
                vby10 = ivby10 * .1;
                goto case 9;
            case 9:
                ivby10 = (int)vby10;
                digits[9] = (int)(v) - ivby10 * 10;
                v = ivby10;
                vby10 = ivby10 * .1;
                goto case 8;
            case 8:
                ivby10 = (int)vby10;
                digits[8] = (int)(v) - ivby10 * 10;
                v = ivby10;
                vby10 = ivby10 * .1;
                goto case 7;
            case 7:
                ivby10 = (int)vby10;
                digits[7] = (int)(v) - ivby10 * 10;
                v = ivby10;
                vby10 = ivby10 * .1;
                goto case 6;
            case 6:
                ivby10 = (int)vby10;
                digits[6] = (int)(v) - ivby10 * 10;
                v = ivby10;
                vby10 = ivby10 * .1;
                goto case 5;
            case 5:
                ivby10 = (int)vby10;
                digits[5] = (int)(v) - ivby10 * 10;
                v = ivby10;
                vby10 = ivby10 * .1;
                goto case 4;
            case 4:
                ivby10 = (int)vby10;
                digits[4] = (int)(v) - ivby10 * 10;
                v = ivby10;
                vby10 = ivby10 * .1;
                goto case 3;
            case 3:
                ivby10 = (int)vby10;
                digits[3] = (int)(v) - ivby10 * 10;
                v = ivby10;
                vby10 = ivby10 * .1;
                goto case 2;
            case 2:
                ivby10 = (int)vby10;
                digits[2] = (int)(v) - ivby10 * 10;
                v = ivby10;
                vby10 = ivby10 * .1;
                goto case 1;
            case 1:
                ivby10 = (int)vby10;
                digits[1] = (int)(v) - ivby10 * 10;
                v = ivby10;
                vby10 = ivby10 * .1;
                goto case 0;
            case 0:
                ivby10 = (int)vby10;
                digits[0] = (int)(v) - ivby10 * 10;
                break;
        }

    }

Answer 10

根据我的测试，每次分配一个新的int []占用了大量的时间。 如果您知道这些值将在下一次调用之前使用一次并丢弃，则可以重用静态数组以显着提高速度：

    private static readonly int[] _buffer = new int[10];
    public static int[] ConvertToArrayOfDigits(int value)
    {
        for (int index = 9; index >= 0; index--)
        {
            _buffer[index] = value % 10;
            value = value / 10;
        }
        return _buffer;
    }

为了保持代码较小，我为较小的数字返回尾随零，但这可以通过使用9个不同的静态数组（或数组数组）轻松更改。

或者，可以提供2个单独的ConvertToArrayOfDigits方法，一个采用预先创建的int数组作为额外参数，另一个采用不会创建结果缓冲区的方法，然后再调用第一个方法。

    public static void ConvertToArrayOfDigits(int value, int[] digits) { ... }
    public static int[] ConvertToArrayOfDigits(int value)
    {
        int size = DetermineDigitCount(value);
        int[] digits = new int[size];
        ConvertToArrayOfDigits(value, digits);
        return digits;
    }

这样，如果调用者的用例允许，可能会由调用者创建一个静态可重用缓冲区。

Answer 11

我没有基准测试这个或任何东西，但我认为这将是最简单的答案。 如我错了请纠正我。

    Dim num As Integer = 147483647
    Dim nDigits As Integer = 1 + Convert.ToInt32(Math.Floor(Math.Log10(num)))
    Dim result(nDigits - 1) As Integer

    For a As Integer = 1 To nDigits
        result(a - 1) = Int(num / (10 ^ (nDigits - a))) Mod 10
    Next

**编辑**

修改了这个功能，因为指数似乎非常昂贵。

Private Function Calc(ByVal num As Integer) As Integer()
    Dim nDigits As Int64 = 1 + Convert.ToInt64(Math.Floor(Math.Log10(num)))
    Dim result(nDigits - 1) As Integer
    Dim place As Integer = 1

    For a As Integer = 1 To nDigits
        result(nDigits - a) = Int(num / place) Mod 10
        place = place * 10
    Next

    Return result
End Function

该基准测试值约为775k / sec（数字为9位或更少）。 将最大数字降至7，其长度为885k / s。 5个数字，1.1米/秒。