生成質數序列，Loop Break vs LINQ TakeWhile

Question

我嘗試用 C# 生成素數序列。到目前為止，代碼似乎運行良好。

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()，我覺得這兩個方法的時間復雜度是一樣的，但是執行時間明顯比前者長。

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);
}

有誰知道嗎？

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編輯：我將循環迭代增加到 5000000，在 consoleApplication 中運行代碼，執行時間為 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

考慮編譯器需要生成的代碼。 像 Linq 這樣的“高級”代碼簡單易寫，但編譯器通常更難優化。

您之前的示例可以進一步簡化為使用普通的 for 循環而不是 foreach。 所以每次迭代應該只需要少數指令。

使用 linq 時，編譯器將為迭代器生成代理 object。 這將需要調用您的 lambda 以檢查它是否需要繼續迭代，並且編譯器可能無法內聯方法調用。 方法調用很便宜，但仍然比簡單的算術指令貴幾倍。

因此，根據經驗，使用 Linq 和其他高級模式來提高可讀性。 如果您發現代碼的某些部分沒有達到性能目標，請使用分析器來准確確定哪個部分需要時間，然后重寫該部分直到它足夠快或者您已使其盡可能快。

Answer 2

使用 LINQ 有一些額外的開銷。 您正在創建和調用 lambda 個表達式。

但是，請確保在得出結論之前嘗試發布版本。