SUMTEC -- There's a thing in my bloglet.

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首先先说一句不好意思,昨天的Post里面忘了给大家介绍一个基本的前提:那个object o 里面的数据我可以确保它是string类型,也只可能是string类型。这一个研究并不是完全没有意义的,虽然在我实验之前确实也认为应该是强制转换的速度快,但是没有实际的比较问题还是比较难以说明的。也许有人就会问了,你凭什么认为object o里面的就是string呢?不好意思,这是我限定的条件,并且是有实际被应用情形的:
考虑现在我有一个private的ArrayList用于保存用户在TextBox里面输入的字符串,很明显TextBox.Text里面就是返回一个string类型的对象,并且也不可能是null(或者说我通过在初始化的时候给它赋一个string.Empty来避免出现null的情况)。现在我需要将这些保存在那个ArrayList里面的字符串通过BinaryWriter保存到一个自定义格式的二进制文件里面,当然也可能有其他的计算需要我把ArrayList里面的字符串数据进行计算或者处理,这里为了简便随便说了一个也许不是很完整也不是很合理的的例子,但是我相信大家应该明白我的意思了。Hmm,也许还需要另外一个限定,就是没有Generic的支持,比如说这个东西需要在.NET Compact Framework里面实现,而.NET CF即使是到了2.0的版本也不会有Generic的支持。

但是上一次Ninputer说了:
假如o里面原来就是String类型,那么循环100000000的结果是
(string)o 为610ms
o.ToString() 为670ms
这种差距几乎没有意义。

假如o里面是除string之外的其他类型,那么o根本不能直接cast成String。


而同时也有人说,强制转换比ToString要快。那么实际情况是如何呢?请大家先来看看我的代码:
        private string testString;
        
private const int testRound = 100000000;
        
private void button1_Click(object sender, System.EventArgs e)
        
{
            
object o = "Hello! this is a test!";
            
int i;
            
long dt;

            dt 
= DateTime.Now.Ticks;
            
for (i = 0; i < testRound; i++)
            
{
                testString 
= (string)o;
            }

            dt 
= DateTime.Now.Ticks - dt;
            textBox1.Text 
= dt.ToString("#,###,###,###");
            Application.DoEvents();

            dt 
= DateTime.Now.Ticks;
            
for (i = 0; i < testRound; i++)
            
{
                testString 
= o.ToString();
            }

            dt 
= DateTime.Now.Ticks - dt;
            textBox2.Text 
= dt.ToString("#,###,###,###");
            Application.DoEvents();
        }


这个实验我分别在VS2k3和VS2k5里面实验过,并且分别用Debug和Release两种模式去测试,测试结果如下:
DEBUG: (强制转换:ToString)
@2k3
11,406,250 : 123,125,000

@2k5
10,468,750 : 123,906,250


RELEASE:
@2k3
12,500,000 : 118,593,750

@2k5
7,031,250  : 13,906,250


大家首先会发现如下结论:
1、强制转换的速度在0.7秒到1.3秒之间,而ToString则基本上处于10秒以上的级别(有特例)。所以我极度怀疑Ninputer的测试结果是错误的,因为他的两个结果都是在0.6秒左右,当然还有一个特例跟Ninputer的数据相对接近,但是请继续看下面的结论。

2、这里有一个唯一的特例,就是VS2k5的Release模式,大家可以看到ToString的速度从10秒级别急剧减少为1秒级别,这个就是我题目所说的意外惊喜。但是即使是这样,ToString仍然比强制转换慢了50%,同时该数据还是P4HT 2.8GHz 1G Ram的机器上面测得,如果要ToString达到Ninputer所说的数据,我估计得要P4HT 4GHz以上的CPU,或者P4HT双CPU才有机会。还有,Ninputer的数据仅仅相差10%左右,这个跟我的实测数据完全不吻合。因此我估计Ninputer的测试很可能是因为代码不合理,被JIT短路了(优化了),如果将转换结果保存在全局变量里面,也许就不是这个结果了。
      关于为什么VS2k5的ToString在Release模式下面会有这么大的性能提升,我想还需要另外做实验去证明,现在还不好胡乱发言(虽然已经有自己的想法了)。

3、大家如果更加仔细的去看强制转换的数据,就会发现VS2k5无论在哪一种情况下面,都会比VS2k3的数据要快那么一点点,大约10%到30%不等。关于这个我可以马上给大家一个解释,这个实际上是.NET Framework 1.x和2.0之间的问题,但是这需要观察JIT之后的Native Asm,难度有点高。请看片断:

.NET Framework 1.1:
                testString = (string)o;
00000063  mov         edx,dword ptr [ebp-0Ch]
00000066  mov         ecx,79BF9AF8h
0000006b  call        71E608BC
00000070  lea         edx,[ebx+000000ECh]
00000076  call        7204C590

.NET Framework 2.0:
                testString = (string)o;
0000007c  test        ebx,ebx
0000007e  je          0000009A
00000080  cmp         dword ptr [ebx],788ED668h
00000086  jne         0000008C
00000088  mov         eax,ebx
0000008a  jmp         00000098
0000008c  mov         edx,ebx
0000008e  mov         ecx,788ED668h
00000093  call        75621D76

00000098  jmp         0000009C
0000009a  mov         eax,ebx
0000009c  mov         esi,dword ptr [ebp-40h]
0000009f  lea         edx,[esi+00000104h]
000000a5  call        7561BBB0


在这里大家可以清楚地看到,.NET Framework 1.1 仅仅是简单的将强制转换交给一个函数来处理(红色部分),但是2.0则首先进行了一些简单的处理,例如先判断是否是null(test ebx, ebx),以及判断o是否就是恰好string类型而不是string的子类型(cmp dword ptr [ebx], 788ED668h)。当然了,string是一个sealed的类型所以明显不可能有子类型,如果我要求强制转换成Form呢?如果这两项都失败了,才会和1.0里面一样调用一个函数来判断。所调用的函数实际上是将ebx所引用的对象里面的类型向上查找其父类型,看看有没有string类型(788ED668h),可以预见这是一个相对较为耗时的操作。而在我们实际的应用里面,如果进行强制转换通常都是直接转化成他的实际类型的,因此这一小段代码能够较为明显的提高系统的性能。不过这里也可以看到,优化过程还是做的不够,应该将86到8a这三句简化成一句je 0000009A。

我们再来看看ToString的情况。由于ToString是一个virtual的函数,被string类型override了,因此必然需要查v-table来进行正确调用。通过查看.NET Framework 1.1 所JIT出来的代码,可以清楚地看到这一点:

                testString = o.ToString();
00000108  mov         edi,ebx
0000010a  mov         ecx,dword ptr [ebp-0Ch]
0000010d  mov         eax,dword ptr [ecx]
0000010f  call        dword ptr [eax+28h]
00000112  mov         esi,eax
00000114  push        esi 
00000115  mov         ecx,edi
00000117  mov         edx,995358h
0000011c  call        71E7021D



这里ebx指向object o的类型描述,ebp - 0Ch指向object o对象本身(其实这里的负偏移12个字节就是类型描述,两者实际上是完全紧挨着的),其第一个dword就是string类型本身的数据(不是实例的数据)。我并不是非常清楚里面的一些实现,通过观察,估计可能里面包括了本类型的一些描述,父类型和接口的描述,里面偏移0x28应该就是vtable的实质内容(估计),其第一个就是指向ToString实际函数地址的指针。后面一个调用估计应该是一个赋值调用,和ToString调用可能没有太大的关系。为了证实我的想法,我甚至跟踪到第一个调用内部,发现确实是到了string.ToString()里面(大家可以看Disassembly页的Address下拉框,里面现实的是System.String.ToString),其代码如下:
00000000  push        esi 
00000001  mov         esi,ecx
00000003  mov         eax,esi
00000005  pop         esi 
00000006  ret
 

分析到这里,我仍然不能够确定为什么ToString比强制转换性能相差10倍的原因。如果非要我估计一下,那么我会这么比较:
强制转换一共经历了:两个“比较+条件转移”,一个寄存器间赋值,一个索引器加偏移到寄存器赋值,一个普通调用(内部经历过程已经在前面分解了),一个赋值调用(内部无法分析)。
ToString一共经历了:5个寄存器间赋值,一个常数到寄存器赋值,两个间接(加偏移)地址到寄存器赋值,一个寄存器压栈,一个寄存器加偏移量间接地址调用(内部已经在前面分解了),以及一个赋值调用(内部无法分析)。

除去无法分析的部分,ToString比强制转换多出将近一倍的汇编指令,并且还包括比较耗时的间接地址赋值调用指令。光是这个差别,估计就应该有至少150%的性能损失。但是现在性能相差接近10倍,难道是仅仅因为那几句间接寻址的指令造成的?那就有点不可思议了。其实我有点怀疑ToString后面第二个调用内部有一些损失性能的指令(也许是多余的指令),如果我们看看.NET 2.0 Release版本的数据,也许是应该这么解释吧?有关这个问题需要做更多的研究……

嗯,今天的Post的正式内容到此结束。PS一下:
1、twodays在cnblogs里面的Post里面回复说:
“o.ToString() 实际上是调用了从object继承出来的ToString()虚函数,这一个虚函数在string类型里面被重写,代码如下:”

不对,因为你的o这会儿本来类型就是object,而不是string,所以他调用的实际上应该是object的ToString方法里面的内容,经过Reflector查看,里面的内容是:
return this.GetType().FullName;


这里我可以明确地告诉你,你错了(包括后面表示赞同的“小新0574”),至于为什么我会另外在一篇Post里面给出解释,因为这两个问题的难度级别相差太大了,在这里写也许很多朋友已经看得迷迷糊糊的了,继续看下去效果不好。

2、我记得有人在上一个Post里面问过as操作性能如何,我也做过试验了,性能没有差别,至少用肉眼观察数据结果是看不出来的。也许在Disassembly层会有细微差别,但是我没有兴趣再研究下去了。

3、有人说自己写的类里面ToString()可能会抛出Exception的问题,其实我是这么认为的。如果你在代码里面抛出Exception的话,那应该是一件相当遗憾的事情。因为ToString()没有任何参数,不可能因为参数问题引起异常。同时ToString函数的含义是,安全的返回关于该实例的信息,因此从感情上来说就不应该出现Exception的情况。很多时候我们就是利用ToString的一些特性来完成一些简单的事情,例如在ListBox里面加入一个不是String的对象,但显示的是用户能够理解的信息,这样用户方便选择,我们则方便编写代码。如果你的类会在ToString里面抛出异常,那么整个程序就会因此而不稳定。总之我认为在ToString() 里面抛出异常并不是这个函数存在的本意。

posted on 2004-10-28 14:24  Sumtec  阅读(1971)  评论(8编辑  收藏  举报